Yıldız haberleri
Evrensel çekim yasasının keşfinin tarihi - açıklama, özellikler ve ilginç gerçekler. Evrensel yerçekimi kuvveti: özellikleri ve pratik önemi
Kanun evrensel yerçekimi
Yerçekimi (evrensel yerçekimi, yerçekimi)(Latince gravitalardan - “yerçekimi”) - doğada tüm maddi cisimlerin tabi olduğu uzun vadeli temel etkileşim. Modern verilere göre bu, diğer kuvvetlerden farklı olarak, kütlelerine bakılmaksızın istisnasız tüm cisimlere aynı ivmeyi vermesi anlamında evrensel bir etkileşimdir. Esas olarak yerçekimi kozmik ölçekte belirleyici bir rol oynar. Terim yer çekimi yerçekimsel etkileşimi inceleyen fizik dalının adı olarak da kullanılır. Klasik fizikte yerçekimini açıklayan en başarılı modern fiziksel teori genel görelilik teorisidir; yerçekimi etkileşiminin kuantum teorisi henüz oluşturulmamıştır.
Yerçekimi etkileşimi
Yerçekimi etkileşimi dört şeyden biridir temel etkileşimler dünyamızda. Klasik mekanik çerçevesinde yerçekimi etkileşimi anlatılmaktadır. evrensel çekim kanunu Newton, iki maddi kütle noktası arasındaki çekim kuvvetinin M 1 ve M 2 mesafeye göre ayrılmış R, hem kütlelerle orantılı hem de uzaklığın karesiyle ters orantılıdır; yani
.Burada G- yerçekimi sabiti, yaklaşık olarak eşittir 
m³/(kg·s²). Eksi işareti, cisme etki eden kuvvetin her zaman vücuda yönelik yarıçap vektörüne eşit olduğu, yani yerçekimi etkileşiminin her zaman herhangi bir cismin çekimine yol açtığı anlamına gelir.
Evrensel çekim yasası, radyasyon çalışmasında da ortaya çıkan (örneğin, Işık Basıncına bakınız) ters kare yasasının uygulamalarından biridir ve alandaki ikinci dereceden artışın doğrudan bir sonucudur. yarıçapı artan küre, bu da herhangi bir birim alanın tüm kürenin alanına katkısında ikinci dereceden bir azalmaya yol açar.
Gök mekaniğinin en basit problemi iki cismin yerçekimsel etkileşimidir. Boş alan. Bu problem analitik olarak sonuna kadar çözülür; çözümünün sonucu genellikle Kepler'in üç yasası biçiminde formüle edilir.
Etkileşen cisimlerin sayısı arttıkça görev dramatik biçimde daha karmaşık hale gelir. Böylece, zaten meşhur olan üç cisim problemi (yani hareket üç beden sıfır olmayan kütlelerle) analitik olarak çözülemez Genel görünüm. Sayısal bir çözümde, çözümlerin başlangıç koşullarına göre kararsızlığı oldukça hızlı bir şekilde ortaya çıkar. Bu istikrarsızlık, Güneş Sistemi'ne uygulandığında yüz milyon yıldan daha büyük ölçeklerde gezegenlerin hareketini tahmin etmeyi imkansız hale getiriyor.
Bazı özel durumlarda yaklaşık bir çözüm bulmak mümkündür. En önemli durum, bir cismin kütlesinin diğer cisimlerin kütlesinden önemli ölçüde daha büyük olmasıdır (örnekler: güneş sistemi ve Satürn halkalarının dinamikleri). Bu durumda, ilk yaklaşım olarak, hafif cisimlerin birbirleriyle etkileşime girmediğini ve büyük cisim etrafında Kepler yörüngeleri boyunca hareket ettiğini varsayabiliriz. Aralarındaki etkileşimler pertürbasyon teorisi çerçevesinde dikkate alınabilir ve zaman içinde ortalaması alınabilir. Bu durumda rezonanslar, çekiciler, kaos vb. gibi önemsiz olmayan olaylar ortaya çıkabilir. Bu tür olayların açık bir örneği, Satürn'ün halkalarının önemsiz olmayan yapısıdır.
Yaklaşık olarak aynı kütleye sahip çok sayıda çekici cisimden oluşan bir sistemin davranışını tanımlama çabalarına rağmen, dinamik kaos olgusu nedeniyle bu yapılamaz.
Güçlü yerçekimi alanları
Güçlü yer çekimi alanlarında hareket ederken göreceli hızlar genel göreliliğin etkileri ortaya çıkmaya başlar:
- yerçekimi yasasının Newton'unkinden sapması;
- yerçekimi bozukluklarının sonlu yayılma hızıyla ilişkili potansiyellerin gecikmesi; yerçekimi dalgalarının ortaya çıkışı;
- Doğrusal olmayan etkiler: Yerçekimi dalgaları birbirleriyle etkileşime girme eğilimindedir, bu nedenle güçlü alanlardaki dalgaların üst üste binmesi ilkesi artık geçerli değildir;
- uzay-zamanın geometrisini değiştirmek;
- kara deliklerin ortaya çıkışı;
Yerçekimi radyasyonu
Genel göreliliğin önemli tahminlerinden biri, varlığı henüz doğrudan gözlemlerle doğrulanmayan yerçekimi radyasyonudur. Bununla birlikte, onun varlığını destekleyen dolaylı gözlemsel kanıtlar da mevcuttur: PSR B1913+16 pulsarı (Hulse-Taylor pulsarı) ile ikili sistemdeki enerji kayıpları, bu enerjinin pulsar tarafından taşındığı bir modelle iyi bir uyum içindedir. yerçekimi radyasyonu.
Yerçekimi radyasyonu yalnızca değişken dört kutuplu veya daha yüksek çok kutuplu momentlere sahip sistemler tarafından üretilebilir; bu gerçek, çoğu sistemin yerçekimi radyasyonunun doğal Kaynaklar Yönlü, bu da tespitini önemli ölçüde zorlaştırıyor. Yerçekimi gücü ben-alan kaynağı orantılıdır (v / C) 2ben + 2 , eğer çok kutuplu elektrik tipi ise ve (v / C) 2ben + 4 - eğer çok kutuplu manyetik tipte ise, burada v yayılan sistemdeki kaynakların karakteristik hareket hızıdır ve C- ışık hızı. Böylece, baskın moment elektrik tipinin dört kutuplu momenti olacaktır ve karşılık gelen radyasyonun gücü şuna eşittir:
Nerede Q BenJ- yayılan sistemin kütle dağılımının dört kutuplu moment tensörü. Devamlı 
(1/W) radyasyon gücünün büyüklük sırasını tahmin etmemizi sağlar.
1969'dan (Weber'in deneyleri) günümüze (Şubat 2007) kadar, yerçekimi radyasyonunu doğrudan tespit etmek için girişimlerde bulunuldu. ABD, Avrupa ve Japonya'da şu anda çalışan birkaç yer tabanlı dedektör (GEO 600) ve Tataristan Cumhuriyeti'nin uzay yerçekimi dedektörü projesi bulunmaktadır.
Yer çekiminin ince etkileri
Kütleçekimsel çekim ve zaman genişlemesinin klasik etkilerine ek olarak, genel görelilik teorisi, yerçekiminin, karasal koşullar altında çok zayıf olan ve bu nedenle tespit edilmesi ve deneysel olarak doğrulanması çok zor olan başka belirtilerinin de varlığını öngörür. Yakın zamana kadar bu zorlukların üstesinden gelmek deneycilerin yeteneklerinin ötesinde görünüyordu.
Bunların arasında özellikle eylemsiz referans çerçevelerinin sürüklenmesini (veya Lense-Thirring etkisini) ve gravitomanyetik alanı sayabiliriz. 2005 yılında NASA'nın insansız Yerçekimi Sondası B, Dünya yakınında bu etkileri ölçmek için benzeri görülmemiş bir hassas deney gerçekleştirdi, ancak bunun tam sonuçları henüz yayınlanmadı.
Kuantum yerçekimi teorisi
Yarım asırdan fazla süren çabalara rağmen kütleçekimi, tutarlı bir yeniden normalleştirilebilir kuantum teorisinin henüz oluşturulamadığı tek temel etkileşimdir. Bununla birlikte, düşük enerjilerde, kuantum alan teorisinin ruhuna uygun olarak, yerçekimsel etkileşim, spin 2'ye sahip graviton - ayar bozonlarının değişimi olarak temsil edilebilir.
Standart yerçekimi teorileri
Kütleçekiminin kuantum etkilerinin en uç deneysel ve gözlemsel koşullar altında bile son derece küçük olması nedeniyle, bunlara ilişkin güvenilir gözlemler hâlâ mevcut değildir. Teorik tahminler, vakaların büyük çoğunluğunda sınırlamanın mümkün olduğunu göstermektedir. klasik açıklama yerçekimi etkileşimi.
Modern bir kanonik klasik yerçekimi teorisi var - genel görelilik teorisi ve onu açıklığa kavuşturan, birbiriyle rekabet eden, değişen gelişim derecelerine sahip birçok hipotez ve teori var (Alternatif yerçekimi teorileri makalesine bakın). Bu teorilerin tümü, halihazırda deneysel testlerin yürütüldüğü yaklaşım dahilinde birbirine çok benzer tahminler yapmaktadır. Aşağıda birkaç temel, en iyi geliştirilmiş veya bilinen yerçekimi teorileri yer almaktadır.
- Yerçekimi geometrik bir alan değil, tensör tarafından tanımlanan gerçek bir fiziksel kuvvet alanıdır.
- Yerçekimi fenomeni, enerji-momentum ve açısal momentumun korunumu yasalarının açıkça karşılandığı düz Minkowski uzayı çerçevesinde düşünülmelidir. O halde cisimlerin Minkowski uzayındaki hareketi, bu cisimlerin efektif Riemann uzayındaki hareketine eşdeğerdir.
- Tensör denklemlerinde metriği belirlemek için graviton kütlesi dikkate alınmalı ve Minkowski uzay metriği ile ilişkili ayar koşulları kullanılmalıdır. Bu, uygun bir referans çerçevesi seçilerek yerçekimi alanının yerel olarak bile yok edilmesine izin vermez.
Genel görelilikte olduğu gibi, RTG'de de madde, yerçekimi alanının kendisi hariç, maddenin tüm formlarını (elektromanyetik alan dahil) ifade eder. RTG teorisinin sonuçları şu şekildedir: Genel Görelilik'te tahmin edilen fiziksel nesneler olarak kara delikler yoktur; Evren düz, homojen, izotrop, durağan ve Öklidyendir.
Öte yandan, RTG karşıtlarının daha az ikna edici argümanları da yok; bunlar özetle aşağıdaki noktalara dayanıyor:
Benzer bir şey, Öklid dışı uzay ile Minkowski uzayı arasındaki bağlantıyı hesaba katmak için ikinci tensör denkleminin tanıtıldığı RTG'de de meydana gelir. Jordan-Brans-Dicke teorisinde boyutsuz bir uyum parametresinin varlığı nedeniyle, teorinin sonuçlarının yerçekimi deneylerinin sonuçlarıyla örtüşecek şekilde seçilmesi mümkün hale gelir.
| Yerçekimi teorileri | ||||||||
|
Kaynaklar ve notlar
Edebiyat
- Vizgin V.P. Göreli çekim teorisi (kökenleri ve oluşumu, 1900-1915). M.: Nauka, 1981. - 352c.
- Vizgin V.P. Yirminci yüzyılın 1. üçte birinde birleşik teoriler. M.: Nauka, 1985. - 304c.
- Ivanenko D.D., Sardanashvili G.A. Yerçekimi, 3. baskı. M.: URSS, 2008. - 200 s.
Ayrıca bakınız
- Gravimetre
Bağlantılar
- Evrensel çekim kanunu ya da “Ay neden Dünya'ya düşmüyor?” - Zor şeyler hakkında
| Fiziğin ana alt bölümleri | |
|---|---|
| Deneysel fizik · Teorik fizik | |
| Tarım fiziği · Akustik · Astrofizik · Atomik, moleküler ve optik fizik · Biyofizik · Jeofizik · Dinamik (Hidrodinamik · Termodinamik) · Matematiksel fizik · Tıbbi fizik · Metafizik · Mekanik (Klasik mekanik · Kuantum mekaniği · İstatistiksel mekanik) · Naif fizik · Nörofizik · Statik (Hidrostatik) · Kuantum alan teorisi · | |
Aristoteles, büyük nesnelerin hafif olanlardan daha hızlı yere düştüğünü savundu.
Galileo 17. yüzyılın başında tüm nesnelerin “eşit” şekilde düştüğünü gösterdi. Aynı sıralarda Kepler, gezegenlerin yörüngelerinde hareket etmesinin nedenini merak etti. Belki manyetizmadır? "" üzerinde çalışan Isaac Newton, tüm bu hareketleri, basit evrensel yasalara uyan, yerçekimi adı verilen tek bir kuvvetin eylemine indirgedi.
Galileo, yerçekiminin etkisi altına giren bir cismin kat ettiği mesafenin, düşme zamanının karesiyle orantılı olduğunu deneysel olarak gösterdi: İki saniye içinde düşen bir top, bir saniye içinde aynı nesnenin aldığı mesafenin dört katı mesafeye ulaşacaktır. Galileo ayrıca hızın düşme zamanıyla doğru orantılı olduğunu gösterdi ve bundan bir güllenin parabolik bir yörünge boyunca uçtuğu sonucunu çıkardı - Kepler'e göre gezegenlerin hareket ettiği elipsler gibi konik kesit türlerinden biri. Peki bu bağlantı nereden geliyor?
Cambridge Üniversitesi 1660'ların ortalarında Büyük Veba sırasında kapanınca Newton aile mülküne geri döndü ve yerçekimi yasasını orada formüle etti, ancak bunu bir 20 yıl daha gizli tuttu. (Düşen elmanın hikayesi, seksen yaşındaki Newton büyük bir akşam yemeği partisinden sonra bunu anlatana kadar duyulmamıştı.)
Evrendeki tüm nesnelerin, diğer nesneleri çeken bir çekim kuvveti ürettiğini (tıpkı bir elmanın Dünya'ya çekilmesi gibi) ve bu aynı çekim kuvvetinin, yıldızların, gezegenlerin ve diğer gök cisimlerinin uzayda hareket ettiği yörüngeleri belirlediğini öne sürdü.
Isaac Newton, gerileme günlerinde bunun nasıl olduğunu anlattı: yürüyordu elma Bahçesi ailesinin malikanesindeyken aniden gündüz gökyüzünde ayı gördü. Ve tam orada, gözlerinin önünde daldan bir elma koptu ve yere düştü. Newton o sıralarda hareket yasaları üzerinde çalıştığı için elmanın Dünya'nın çekim alanının etkisi altına girdiğini zaten biliyordu. Ayrıca Ay'ın sadece gökyüzünde asılı kalmadığını, Dünya'nın etrafındaki yörüngede döndüğünü ve bu nedenle yörüngeden çıkıp düz bir çizgide uçmasını engelleyen bir tür kuvvetten etkilendiğini de biliyordu. içine boş alan. Sonra aklına, hem elmanın yere düşmesine hem de Ay'ın Dünya'nın etrafında yörüngede kalmasına neden olan şeyin aynı kuvvet olabileceği geldi.
Ters kare kanunu
Newton, Dünya'nın yerçekiminin etkisi altında Ay'ın ivmesinin büyüklüğünü hesaplayabildi ve bunun Dünya'ya yakın nesnelerin (aynı elma) ivmesinden binlerce kat daha az olduğunu buldu. Aynı kuvvet altında hareket ediyorlarsa bu nasıl olabilir?
Newton'un açıklaması, yer çekimi kuvvetinin mesafe arttıkça zayıfladığı yönündeydi. Dünya yüzeyindeki bir cisim gezegenin merkezine Ay'dan 60 kat daha yakındır. Ay'ın etrafındaki yerçekimi bir elmanınkinin 1/3600'ü veya 1/602'sidir. Böylece, iki nesne arasındaki çekim kuvveti (ister Dünya ile bir elma, ister Dünya ile Ay, ister Güneş ile bir kuyruklu yıldız olsun) aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Mesafe iki katına çıkarsa kuvvet dört kat azalır, üç katına çıkarsa kuvvet dokuz kat azalır, vb. Kuvvet aynı zamanda nesnelerin kütlesine de bağlıdır; kütle ne kadar büyükse, yerçekimi de o kadar güçlü olur.
Evrensel çekim yasası şu formülle yazılabilir:
F = G(Mm/r2).
Nerede: Yer çekimi kuvveti büyük kütlenin çarpımına eşittir M ve daha az kütle M aralarındaki mesafenin karesine bölünür r2 ve büyük harfle gösterilen yer çekimi sabiti ile çarpılır G(küçük harf G Yerçekiminin neden olduğu ivme anlamına gelir).
Bu sabit, Evrenin herhangi bir yerindeki herhangi iki kütle arasındaki çekimi belirler. 1789'da Dünya'nın kütlesini (6·1024 kg) hesaplamak için kullanıldı. Newton yasaları, iki nesneden oluşan bir sistemdeki kuvvetleri ve hareketleri tahmin etmede mükemmeldir. Ancak üçüncüyü eklediğinizde her şey çok daha karmaşık hale geliyor ve (300 yıl sonra) kaosun matematiğine yol açıyor.
Sadece en gizemli olanı değil doğanın güçleri ama aynı zamanda en güçlüsü.
İlerleme yolundaki adam
Tarihsel olarak ortaya çıktı ki İnsan ileriye doğru ilerledikçe ilerleme yolları Doğanın giderek daha güçlü olan güçlerine hakim oldu. Yumruğunda tuttuğu bir sopa ve kendi fiziksel gücünden başka hiçbir şeyi olmadığında başladı.
Ama o bilgeydi ve hayvanların fiziksel gücünü hizmetine sunarak onları evcilleştirdi. At koşusunu hızlandırdı, deve çölü yaşanabilir hale getirdi, fil bataklık ormanını yarattı. Ancak en güçlü hayvanların bile fiziksel gücü, doğadaki güçlerle karşılaştırıldığında ölçülemeyecek kadar küçüktür.
Ateş elementini ilk kez insanoğlu zapt etti, ama yalnızca en zayıf versiyonlarıyla. İlk başta - yüzyıllar boyunca - yakıt olarak yalnızca odun kullandı; çok düşük enerjili bir yakıt türü. Bir süre sonra, rüzgarın enerjisini kullanmak için bu enerji kaynağını kullanmayı öğrendi, adam yelkenin beyaz kanadını havaya kaldırdı ve hafif gemi dalgaların üzerinde bir kuş gibi uçtu.
Dalgaların üzerinde yelkenli
Bıçakları rüzgâra maruz bıraktı yel değirmeni- ve değirmen taşlarının ağır taşları dönmeye ve tahıl değirmenlerinin havan tokmakları tıngırdamaya başladı. Ancak hava jetlerinin enerjisinin yoğunlaşmaktan uzak olduğu herkes için açıktır. Ayrıca hem yelken hem de yel değirmeni rüzgarın esmesinden korkuyordu: Fırtına yelkenleri yırtıp gemileri batırdı, fırtına kanatları kırdı ve değirmenleri devirdi.
Daha sonra bile insan fethetmeye başladı akan su. Tekerlek, su enerjisini enerjiye dönüştürebilen cihazların yalnızca en ilkel olanı değildir. dönme hareketi, ama aynı zamanda çeşitli olanlarla karşılaştırıldığında en az güçlü olanıdır.
İnsan, ilerleme merdiveninde sürekli ileriye doğru yürüdü ve giderek daha fazla enerjiye ihtiyaç duydu.
Yeni yakıt türleri kullanmaya başladı - kömür yakmaya geçiş, bir kilogram yakıtın enerji yoğunluğunu 2500 kcal'den 7000 kcal'e - neredeyse üç kat artırdı. Sonra sıra petrol ve gaza geldi. Her kilogram fosil yakıtın enerji içeriği yine bir buçuk ila iki kat arttı.
Buhar motorları buhar türbinlerinin yerini aldı; değirmen çarklarının yerini hidrolik türbinler aldı. Daha sonra adam elini bölünen uranyum atomuna uzattı. Bununla birlikte, yeni bir enerji türünün ilk kullanımının trajik sonuçları oldu - 1945'teki Hiroşima'daki nükleer yangın, birkaç dakika içinde 70 bin insan kalbini yaktı.
1954 yılında dünyanın ilk Sovyet nükleer santrali devreye girdi ve uranyumun gücünü elektrik akımının ışık saçan gücüne dönüştürdü. Ayrıca bir kilogram uranyumun, bir kilogram en iyi petrolden iki milyon kat daha fazla enerji içerdiğini de belirtmek gerekir.
Bu, temelde yeni bir ateşti ve fiziksel olarak adlandırılabilirdi çünkü bu kadar muhteşem miktarda enerjinin doğuşuna yol açan süreçleri fizikçiler araştırıyordu.
Uranyum tek nükleer yakıt değildir. Daha güçlü bir yakıt türü zaten kullanılıyor - hidrojen izotopları.
Ne yazık ki insan henüz hidrojen-helyum nükleer alevine boyun eğdiremedi. Her şeyi yakan ateşini bir an için nasıl yakacağını biliyor ve tepkiyi ateşliyor. hidrojen bombası uranyum patlamasının parıltısı. Ancak bilim insanları, hidrojen izotop çekirdeklerinin helyum çekirdeklerine füzyonu sonucu elektrik akımı üretecek bir hidrojen reaktörünün giderek yaklaştığını da görüyorlar.
Yine bir kişinin her kilogram yakıttan alabileceği enerji miktarı neredeyse on kat artacaktır. Peki bu adım, insanlığın doğa güçleri üzerindeki gücünün gelecek tarihindeki son adım mı olacak?
HAYIR! İleride enerjinin yerçekimi formunda ustalaşmak var. Doğa tarafından hidrojen-helyum füzyonunun enerjisinden bile daha ihtiyatlı bir şekilde paketlenmiştir. Bugün bu, bir insanın hayal edebileceği en yoğun enerji şeklidir.
Orada henüz bilimin ileri sınırlarının ötesinde hiçbir şey görünmüyor. Ve şunu güvenle söyleyebilsek de, işleyen enerji santralleri yerçekimi enerjisi bir elektrik akımına (veya belki bir jet motorunun ağzından çıkan bir gaz akışına veya her yerde bulunan silikon ve oksijen atomlarının ultra nadir metal atomlarına planlı dönüşümlerine) henüz bir şey söyleyemeyiz. böyle bir enerji santralinin detayları (roket motoru, fiziksel reaktör).
Galaksilerin doğuşunun kökenlerindeki evrensel çekim kuvveti
Galaksilerin doğuşunun kökeninde evrensel çekim kuvveti vardır Akademisyen V.A. Ambartsumyan'ın da ikna olduğu gibi, yıldız öncesi maddeden. Doğumlarında kendilerine verilen yıldız yakıtını tüketerek zamanlarını tüketen yıldızları söndürür.
Etrafınıza bir bakın: Dünyadaki her şey büyük ölçüde bu güç tarafından kontrol ediliyor.
Gezegenimizin katmanlı yapısını - litosfer, hidrosfer ve atmosferin değişimini - belirleyen budur. Onu tutan o kalın tabaka dibinde ve sayesinde hepimizin var olduğu hava gazları.
Yerçekimi olmasaydı, Dünya hemen Güneş etrafındaki yörüngesinden çıkardı ve yerkürenin kendisi de merkezkaç kuvvetleri tarafından parçalanıp parçalanırdı. Bir dereceye kadar evrensel yerçekimi kuvvetine bağlı olmayan bir şey bulmak zordur.
Elbette çok dikkatli insanlar olan eski filozoflar, yukarıya atılan bir taşın her zaman geri döndüğünü fark etmekten kendilerini alamamışlardır. MÖ 4. yüzyılda Platon bunu, Evrendeki tüm maddelerin benzer maddelerin çoğunun yoğunlaştığı yere yöneldiğini söyleyerek açıkladı: Atılan bir taş yere düşüyor ya da dibe gidiyor, dökülen su en yakın gölete ya da suya sızıyor. denize doğru yol alan bir nehir, ateşin dumanı benzer bulutlara doğru koşuyor.
Platon'un öğrencisi Aristoteles, tüm cisimlerin ağırlık ve hafiflik gibi özel özelliklere sahip olduğunu açıkladı. Ağır cisimler - taşlar, metaller - Evrenin merkezine, hafif cisimler - ateş, duman, buhar - çevreye doğru koşar. Evrensel yerçekimi kuvvetiyle ilişkili bazı olayları açıklayan bu hipotez, 2 bin yıldan fazla bir süredir varlığını sürdürüyor.
Bilim adamları evrensel yerçekimi kuvveti hakkında
Muhtemelen bu soruyu gündeme getiren ilk kişi evrensel yerçekimi kuvveti gerçekten bilimsel olarak Rönesans'ın bir dehası vardı - Leonardo da Vinci. Leonardo, yerçekiminin sadece Dünya'ya özgü olmadığını, birçok ağırlık merkezinin bulunduğunu ileri sürdü. Ayrıca yer çekimi kuvvetinin, ağırlık merkezine olan mesafeye bağlı olduğu fikrini de dile getirdi.
Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke'un çalışmaları evrensel çekim yasası fikrine giderek daha da yaklaştı, ancak son formülasyonunda bu yasa sonsuza kadar Isaac Newton'un adıyla ilişkilendirildi.
Isaac Newton evrensel çekim kuvveti hakkında
4 Ocak 1643'te doğdu. Cambridge Üniversitesi'nden mezun oldu, lisans derecesi aldı, ardından bilim dalında yüksek lisans yaptı.
Isaac Newton Bundan sonra gelen her şey sonsuz bir bilimsel çalışma zenginliğidir. Ancak asıl eseri “Matematiksel İlkeler”dir. doğa felsefesi", 1687'de yayınlandı ve genellikle basitçe "İlkeler" olarak adlandırıldı. Büyük olan onlarda formüle edilir. Muhtemelen herkes onu liseden hatırlıyor.
Tüm cisimler birbirlerini, bu cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı bir kuvvetle çekerler...
Bu formülasyonun bazı hükümleri Newton'un öncüllerini önceden tahmin edebildi, ancak hiç kimse bunu bütünüyle başarmayı başaramadı. Dünyanın yerçekimini Ay'a ve Güneş'in yerçekimini tüm gezegen sistemine yaymak için bu parçaları tek bir bütün halinde birleştirmek Newton'un dehasını gerektirdi.
Newton, evrensel çekim yasasından, daha önce Kepler tarafından keşfedilen tüm gezegensel hareket yasalarını çıkardı. Bunların sadece sonuçları olduğu ortaya çıktı. Üstelik Newton, yalnızca Kepler yasalarının değil, aynı zamanda bu yasalardan sapmaların da (üç veya daha fazla cismin olduğu dünyada) evrensel çekimin bir sonucu olduğunu gösterdi... Bu, bilimin büyük bir zaferiydi.
Görünüşe göre, dünyaları hareket ettiren doğanın ana gücü, hava moleküllerini, elmaları ve Güneş'i kontrol eden, nihayet keşfedilmiş ve matematiksel olarak tanımlanmıştı. Newton'un attığı adım devasaydı, ölçülemeyecek kadar büyüktü.
Parlak bilim adamının eserlerinin ilk popülerleştiricisi, Voltaire takma adıyla dünyaca ünlü Fransız yazar François Marie Arouet, Newton'un düşen bir elmaya baktığında aniden kendi adını taşıyan yasanın varlığını fark ettiğini söyledi.
Newton'un kendisi bu elmadan hiç bahsetmedi. Ve bugün bunu çürütmek için zaman harcamaya değmez güzel efsane. Ve görünüşe göre Newton, mantıksal akıl yürütme yoluyla doğanın büyük gücünü kavramaya başladı. Muhtemelen, “Başlangıçlar” ın ilgili bölümünde yer alan da buydu.
Evrensel yerçekimi kuvveti çekirdeğin uçuşunu etkiler
Diyelim ki çok yüksek dağ O kadar yüksek ki tepesi zaten atmosferin dışında, dev bir top yerleştirdik. Namlusu kürenin yüzeyine kesinlikle paralel olarak yerleştirildi ve ateşlendi. Yayı tanımladıktan sonra, çekirdek Dünya'ya düşüyor.
Şarjı artırıyoruz, barutun kalitesini artırıyoruz ve bir şekilde bir sonraki atıştan sonra gülleyi daha yüksek hızda hareket etmeye zorluyoruz. Çekirdek tarafından tanımlanan yay daha düz hale gelir. Çekirdek dağımızın eteğinden çok daha uzağa düşüyor.
Ayrıca şarjı arttırıp ateş ediyoruz. Çekirdek o kadar düz bir yörünge boyunca uçar ki, yerkürenin yüzeyine paralel olarak alçalır. Çekirdek artık Dünya'ya düşemez: Düşme hızıyla Dünya onun altından kaçar. Ve gezegenimizin etrafında bir halka tanımladıktan sonra çekirdek, başlangıç noktasına geri döner.
Bu arada silah çıkarılabilir. Sonuçta çekirdeğin dünya etrafındaki uçuşu bir saatten fazla sürecek. Ve sonra çekirdek hızla dağın tepesinden uçacak ve Dünya çevresinde yeni bir uçuşa başlayacak. Eğer çekirdek, anlaştığımız gibi herhangi bir hava direncine maruz kalmazsa asla düşemeyecek.
Bunun için çekirdek hızının 8 km/sn'ye yakın olması gerekiyor. Çekirdeğin uçuş hızını arttırırsak ne olur? İlk önce dünya yüzeyinin eğriliğinden daha düz bir yay çizerek uçacak ve Dünya'dan uzaklaşmaya başlayacak. Aynı zamanda Dünya'nın yerçekiminin etkisi altında hızı azalacaktır.
Ve nihayet, arkasını dönerek Dünya'ya düşmeye başlayacak, ancak onun yanından uçacak ve bir daireyi değil bir elipsi kapatacak. Çekirdek, Dünya'nın Güneş'in etrafında dönmesiyle aynı şekilde, yani gezegenimizin merkezinin bulunacağı odak noktalarından birinde bir elips boyunca Dünya'nın etrafında hareket edecek.
Çekirdeğin başlangıç hızını daha da artırırsanız elips daha da gerilecektir. Bu elipsi, çekirdeğin Ay yörüngesine, hatta çok daha uzağa ulaşmasını sağlayacak şekilde uzatmak mümkün. Ancak bu çekirdeğin başlangıç hızı 11,2 km/sn'yi aşıncaya kadar Dünya'nın uydusu olarak kalacaktır.
Ateşlendiğinde saniyede 11,2 km'nin üzerinde bir hıza ulaşan çekirdek, sonsuza kadar parabolik bir yörünge boyunca Dünya'dan uzaklaşacak. Elips kapalı bir eğri ise parabol, sonsuza giden iki dalı olan bir eğridir. Bir elips boyunca hareket ederek, ne kadar uzun olursa olsun, kaçınılmaz olarak sistematik olarak başlangıç noktasına döneceğiz. Bir parabol boyunca hareket ederek asla başlangıç noktasına dönmeyeceğiz.
Ancak Dünya'yı bu hızda terk eden çekirdek henüz sonsuza uçamayacak. Güneş'in güçlü yerçekimi, uçuşunun yörüngesini bükecek ve onu bir gezegenin yörüngesi gibi kendi etrafında kapatacaktır. Çekirdek, gezegen ailemizden bağımsız küçük bir gezegen olan Dünya'nın kız kardeşi olacak.
Çekirdeği gezegen sisteminin ötesine yönlendirebilmek, güneş çekimini yenebilmek için ona 16,7 km/sn'nin üzerinde bir hız vermek ve bu hıza Dünyanın kendi hareket hızını da ekleyecek şekilde yönlendirmek gerekiyor.
Yaklaşık 8 km/sn'lik bir hıza (bu hız topumuzu ateşleyen dağın yüksekliğine bağlıdır) dairesel hız denir, 8'den 11,2 km/sn'ye kadar olan hızlar eliptiktir, 11,2'den 16,7 km/sn'ye kadar olan hızlar ise paraboliktir, ve bu sayının üzerinde - özgürleştirici hızlarda.
Bu hızlara ilişkin verilen değerlerin yalnızca Dünya için geçerli olduğunu da buraya eklemek gerekir. Mars'ta yaşasaydık, dairesel hıza bizim için çok daha kolay ulaşılabilir olurdu; bu hız yalnızca yaklaşık 3,6 km/sn'dir ve parabolik hız ise 5 km/sn'nin yalnızca biraz üzerindedir.
Ancak çekirdeği Jüpiter'den uzaya göndermek, Dünya'dan göndermekten çok daha zor olurdu: Bu gezegendeki dairesel hız 42,2 km/sn, parabolik hız ise 61,8 km/sn!
Güneş'te yaşayanların dünyalarını terk etmeleri çok zor olurdu (tabii ki böyle bir şey mümkün olsaydı). Bu devin dairesel hızı 437,6, ayrılma hızı ise 618,8 km/sn olmalıdır!
Yani Newton 17. yüzyılın sonunda, ilk uçuşun dolmasından yüz yıl önce sıcak hava Montgolfier kardeşlerin balonu, Wright kardeşlerin uçağının ilk uçuşlarından iki yüz yıl önce ve ilk sıvı yakıtlı roketlerin kalkışından neredeyse çeyrek bin yıl önce, uydular ve uzay araçları için gökyüzüne giden yolu gösteriyordu.
Evrensel çekim kuvveti her kürenin doğasında vardır
Kullanarak evrensel çekim kanunu bilinmeyen gezegenler keşfedildi, güneş sisteminin kökenine dair kozmogonik hipotezler yaratıldı. Yıldızları, gezegenleri, bahçedeki elmaları, atmosferdeki gaz moleküllerini kontrol eden doğanın ana gücü keşfedildi ve matematiksel olarak tanımlandı.
Ancak evrensel çekimin mekanizmasını bilmiyoruz. Newton yerçekimi açıklamaz ama açıkça temsil eder mevcut durum gezegen hareketleri.
Evrendeki tüm cisimlerin etkileşimine neyin sebep olduğunu bilmiyoruz. Ve Newton'un bu sebeple ilgilenmediği söylenemez. Yıllarca bunun olası mekanizması üzerinde düşündü.
Bu arada, bu gerçekten son derece gizemli bir güç. Yüz milyonlarca kilometrelik uzayda kendini gösteren, ilk bakışta etkileşimin aktarımını açıklayabilecek herhangi bir maddi oluşumdan yoksun bir kuvvet.
Newton'un hipotezleri
VE Newton başvurdu hipotez Tüm Evreni doldurduğu iddia edilen belirli bir eterin varlığı hakkında. 1675 yılında, Dünya'nın çekiciliğini, tüm Evreni dolduran eterin sürekli akışlar halinde Dünya'nın merkezine koşması, bu hareketteki tüm nesneleri yakalayıp yerçekimi kuvveti yaratmasıyla açıkladı. Aynı eter akışı Güneş'e doğru koşar ve gezegenleri ve kuyruklu yıldızları da beraberinde taşıyarak onların eliptik yörüngelerini sağlar...
Kesinlikle matematiksel olarak mantıklı olmasına rağmen bu çok ikna edici bir hipotez değildi. Ancak daha sonra 1679'da Newton, yerçekimi mekanizmasını açıklayan yeni bir hipotez yarattı. Bu sefer etere, gezegenlerin yakınında ve uzağında farklı konsantrasyonlara sahip olma özelliğini veriyor. Gezegenin merkezinden ne kadar uzaksa eterin de o kadar yoğun olduğu söyleniyor. Ve tüm maddi gövdeleri daha yoğun katmanlarından daha az yoğun olanlara sıkıştırma özelliğine sahiptir. Ve tüm bedenler Dünya yüzeyine sıkıştırılıyor.
1706'da Newton eterin varlığını kesin bir şekilde reddetti. 1717'de yine eterin ekstrüde edilmesi hipotezine geri döndü.
Newton'un parlak beyni çözümle boğuşuyordu büyük gizem ve onu bulamadım. Bu, bir yandan diğer yana bu kadar keskin fırlatmayı açıklıyor. Newton şunu söylemekten hoşlanırdı:
Ben hipotez kurmuyorum.
Ve her ne kadar bunu doğrulayabildiğimiz anda, bu tamamen doğru olmasa da, kesin olarak başka bir şey söylenebilir: Newton, tartışılmaz şeyler ile istikrarsız ve tartışmalı hipotezler arasında nasıl net bir ayrım yapılacağını biliyordu. Ve “İlkeler” de büyük yasanın formülü var ama mekanizmasını açıklamaya yönelik hiçbir girişim yok.
Büyük fizikçi bu bilmeceyi geleceğin adamına miras bıraktı. 1727'de öldü.
Bu güne kadar çözülmedi.
Newton yasasının fiziksel özüne ilişkin tartışma iki yüzyıl sürdü. Ve belki de bu tartışma, kendisine sorulan tüm soruları tam olarak yanıtlasaydı, yasanın özüyle ilgili olmayacaktı.
Ancak gerçek şu ki zamanla bu yasanın evrensel olmadığı ortaya çıktı. Şunu veya bu fenomeni açıklayamadığı durumlar var. Örnekler verelim.
Seeliger'in hesaplamalarında evrensel çekim kuvveti
Bunlardan ilki Seeliger paradoksu. Evrenin sonsuz olduğunu ve eşit biçimde maddeyle dolu olduğunu düşünen Seeliger, Newton yasasına göre, sonsuz Evrenin sonsuz büyük kütlesinin tamamının bir noktada yarattığı evrensel çekim kuvvetini hesaplamaya çalıştı.
Saf matematik açısından bakıldığında bu kolay bir iş değildi. Tüm zorlukların üstesinden gelmek en karmaşık dönüşümler Seeliger, istenen evrensel çekim kuvvetinin Evrenin yarıçapıyla orantılı olduğunu tespit etti. Ve bu yarıçap sonsuza eşit olduğundan, çekim kuvvetinin sonsuz büyüklükte olması gerekir. Ancak pratikte bunu gözlemlemiyoruz. Bu, evrensel çekim yasasının tüm Evren için geçerli olmadığı anlamına gelir.
Ancak paradoksun başka açıklamaları da mümkündür. Örneğin, maddenin tüm Evreni eşit şekilde doldurmadığını, ancak yoğunluğunun giderek azaldığını ve sonunda çok uzak bir yerde hiç maddenin bulunmadığını varsayabiliriz. Ancak böyle bir tabloyu hayal etmek, uzayın madde olmadan var olma ihtimalini kabul etmek anlamına gelir ki bu da genellikle saçmadır.
Evrensel çekim kuvvetinin mesafenin karesi arttıkça daha hızlı zayıfladığını varsayabiliriz. Ancak bu, Newton yasasının şaşırtıcı uyumunu sorguluyor. Hayır ve bu açıklama bilim adamlarını tatmin etmedi. Paradoks bir paradoks olarak kaldı.
Merkür'ün hareketinin gözlemleri
Newton yasasıyla açıklanmayan bir başka gerçek, evrensel çekim kuvvetinin etkisi, Merkür'ün hareketinin gözlemleri- gezegene en yakın. Newton yasasını kullanan doğru hesaplamalar, elipsin Merkür'ün Güneş'e en yakın hareket ettiği nokta olan günberi noktasının 100 yılda 531 yay saniyesi kadar değişmesi gerektiğini gösterdi.
Ve gökbilimciler bu yer değiştirmenin 573 yay saniyesine eşit olduğunu belirlediler. Bu fazlalık (42 yay saniyesi) de bilim adamları tarafından yalnızca Newton yasasından kaynaklanan formüller kullanılarak açıklanamadı.
Seeliger paradoksunu, Merkür'ün günberi noktasındaki kaymayı ve diğer birçok paradoksal fenomeni açıkladı. açıklanamayan gerçekler Albert Einstein, tüm zamanların en büyük fizikçisi olmasa da en büyüklerinden biri. Can sıkıcı küçük şeyler arasında şu soru da vardı: ruhani rüzgar.
Albert Michelson'un deneyleri
Görünüşe göre bu soru doğrudan yerçekimi problemiyle ilgili değildi. Optikle, ışıkla ilgiliydi. Daha doğrusu hızını belirlemek için.
Işığın hızı ilk kez Danimarkalı gökbilimci tarafından belirlendi Olaf Roemer Jüpiter'in uydularının tutulmasını gözlemliyoruz. Bu 1675'te oldu.
Amerikalı fizikçi Albert Michelson 18. yüzyılın sonunda tasarladığı aparatı kullanarak karasal koşullar altında ışığın hızının bir dizi tespitini gerçekleştirdi.
1927'de ışık hızına 299796 + 4 km/sn değerini verdi; bu o zamanlar için mükemmel bir doğruluktu. Ama mesele farklı. 1880'de ruhani rüzgarı keşfetmeye karar verdi. Nihayet, hem yerçekimsel etkileşimin iletimini hem de ışık dalgalarının iletimini açıklamaya çalıştıkları eterin varlığını tespit etmek istedi.
Michelson muhtemelen zamanının en dikkat çekici deneycisiydi. Mükemmel donanıma sahipti. Ve başarıdan neredeyse emindi.
Deneyimin özü
Deneyim bu şekilde planlanmıştı. Dünya yörüngesinde yaklaşık 30 km/sn hızla hareket eder. Eter boyunca hareket eder. Bu, alıcının önünde duran bir kaynaktan gelen ışığın Dünya'nın hareketine göre hızının, diğer tarafta duran bir kaynaktan gelen ışıktan daha büyük olması gerektiği anlamına gelir. İlk durumda eterik rüzgarın hızının ışık hızına eklenmesi gerekir; ikinci durumda ise ışığın hızının bu miktarda azalması gerekir.
Elbette Dünya'nın Güneş etrafındaki yörünge hızı, ışık hızının yalnızca on binde biri kadardır. Bu kadar küçük bir terimi tespit etmek çok zordur, ancak Michelson'a doğruluk kralı denmesi boşuna değildir. Işık ışınlarının hızlarındaki "ince" farkı yakalamak için akıllıca bir yöntem kullandı.
Işını iki eşit akıma böldü ve bunları karşılıklı olarak dik yönlere yönlendirdi: meridyen boyunca ve paralel boyunca. Aynalardan yansıyan ışınlar geri döndü. Paralel boyunca ilerleyen bir ışın eterik rüzgardan etkilenirse, meridyensel bir ışına eklendiğinde girişim saçakları ortaya çıkacak ve iki ışının dalgaları faz dışı olacaktır.
Bununla birlikte, Michelson için her iki ışının yollarını bu kadar büyük bir doğrulukla, dolayısıyla tamamen aynı olacak şekilde ölçmek zordu. Böylece aparatı hiçbir girişim saçağı olmayacak şekilde yaptı ve sonra onu 90 derece döndürdü.
Meridyonel ışın enlemsel hale geldi ve bunun tersi de geçerli oldu. Eterik bir rüzgar varsa, mercek altında siyah ve açık çizgiler görünmelidir! Ama orada değildiler. Belki de aparatı döndürürken bilim adamı onu hareket ettirmiştir.
Öğle vakti kurup emniyete aldı. Sonuçta, aynı zamanda bir eksen etrafında dönmesine ek olarak. Ve bu nedenle, günün farklı zamanlarında enlem ışını, yaklaşmakta olan eterik rüzgara göre farklı bir konum işgal eder. Artık cihaz kesinlikle hareketsiz olduğunda, deneyin doğruluğundan emin olunabilir.
Yine hiçbir girişim saçağı yoktu. Deney birçok kez yapıldı ve Michelson ve onunla birlikte o zamanın tüm fizikçileri hayrete düştü. Hiçbir eterik rüzgar tespit edilmedi! Işık her yöne aynı hızla hareket ediyordu!
Bunu kimse açıklayamadı. Michelson deneyi defalarca tekrarladı, ekipmanı geliştirdi ve sonunda neredeyse inanılmaz ölçüm doğruluğuna ulaştı; bu, deneyin başarısı için gerekenden çok daha büyük bir mertebedeydi. Ve yine hiçbir şey!
Albert Einstein'ın deneyleri
Bir sonraki büyük adım evrensel yerçekimi kuvvetinin bilgisi yaptı Albert Einstein.
Albert Einstein'a bir zamanlar soruldu:
Özel görelilik teorinize nasıl ulaştınız? Hangi koşullar altında bu dahiyane fikir aklınıza geldi? Bilim adamı şu cevabı verdi: "Hep durumun böyle olduğunu hayal etmiştim."
Belki açık sözlü olmak istemiyordu, belki sinir bozucu muhatabından kurtulmak istiyordu. Ama hayal etmesi zor Einstein'ın keşfettiği zaman, uzay ve hız arasındaki bağlantı fikri doğuştandı.
Hayır, elbette, önce şimşek kadar parlak bir tahmin aklıma geldi. Daha sonra gelişimi başladı. Hayır, bilinen olaylarla hiçbir çelişki yoktur. Ve sonra formüllerle dolu o beş sayfa bir fizik dergisinde yayımlandı. Açılan sayfalar yeni Çağ fizikte.
Uzayda uçan bir yıldız gemisi hayal edin. Sizi hemen uyaralım: Yıldız gemisi çok benzersiz, bilim kurgu hikayelerinde hiç okumadığınız türden. Uzunluğu 300 bin kilometre, hızı ise 240 bin km/sn diyelim. Ve bu uzay gemisi, uzaydaki ara platformlardan birinin yanından hiç durmadan uçuyor. Son hızla.
Yolcularından biri yıldız gemisinin güvertesinde elinde bir saatle duruyor. Ve sen ve ben, okuyucu, bir platformun üzerinde duruyoruz - uzunluğu yıldız gemisinin boyutuna, yani 300 bin kilometreye karşılık gelmelidir, çünkü aksi takdirde üzerine inemeyecektir. Ayrıca elimizde bir de saat var.
Farkına vardık: O anda, uzay gemisinin burnu platformumuzun arka kenarına ulaştığında, üzerinde bir fener parlayarak onu çevreleyen alanı aydınlattı. Bir saniye sonra ışık huzmesi platformumuzun ön kenarına ulaştı. Bundan hiç şüphemiz yok, çünkü ışığın hızını biliyoruz ve saatte buna karşılık gelen anı doğru bir şekilde tespit etmeyi başardık. Ve yıldız gemisinde...
Ancak bir yıldız gemisi de ışık huzmesine doğru uçuyordu. Ve platformun ortasına yakın bir yerdeyken ışığın kıç tarafını aydınlattığını kesinlikle gördük. Işık huzmesinin geminin pruvasından kıç tarafına kadar 300 bin kilometre yol kat etmediğini mutlaka gördük.
Ancak yıldız gemisinin güvertesindeki yolcular başka bir şeyden emindir. Kirişlerinin pruvadan kıç tarafına kadar 300 bin kilometrelik mesafenin tamamını kat ettiğinden eminler. Sonuçta bir saniyesini bunun için harcadı. Bunu da nöbetlerinde kesinlikle doğru bir şekilde tespit ettiler. Aksi nasıl olabilir ki: Sonuçta ışığın hızı kaynağın hızına bağlı değildir...
Nasıl yani? Biz sabit bir platformdan bir şey görüyoruz ve onlar bir yıldız gemisinin güvertesinde başka bir şey mi görüyorlar? Sorun ne?
Einstein'ın görelilik teorisi
Hemen belirtmek gerekir: Einstein'ın görelilik teorisi ilk bakışta, dünyanın yapısına ilişkin yerleşik anlayışımızla kesinlikle çelişiyor. Temsil etmeye alıştığımız için sağduyuya da aykırı olduğunu söyleyebiliriz. Bu, bilim tarihinde birden fazla kez yaşandı.
Ancak Dünya'nın küresel şeklinin keşfi aynı zamanda sağduyuyla da çelişiyordu. İnsanlar nasıl karşı tarafta yaşayabilir ve uçuruma düşmeyebilir?
Bizim için Dünya'nın küreselliği tartışılmaz bir gerçektir ve sağduyu açısından bunun dışındaki herhangi bir varsayım anlamsız ve çılgıncadır. Ancak kendi zamanınızdan bir adım geriye gidin, bu fikrin ilk ortaya çıkışını hayal edin ve kabullenmenin ne kadar zor olduğu açıkça ortaya çıkar.
Peki, Dünya'nın hareketsiz olmadığını, yörüngesi boyunca bir gülleden onlarca kat daha hızlı uçtuğunu kabul etmek daha mı kolay olur?
Bunların hepsi sağduyunun başarısızlıklarıydı. Bu yüzden modern fizikçiler buna asla değinmiyorlar.
Şimdi özel görelilik teorisine dönelim. Dünya onu ilk kez 1905'te çok az kişinin imzaladığı bir makaleden tanıdı. ünlü isim- Albert Einstein. Ve o zamanlar sadece 26 yaşındaydı.
Einstein bu paradokstan çok basit ve mantıklı bir varsayımda bulundu: platformdaki bir gözlemcinin bakış açısından, hareket halindeki bir vagonda kol saatiniz tarafından ölçülenden daha az zaman geçmiştir. Vagonda zamanın akışı, sabit platformdaki zamana kıyasla daha yavaştı.
Bu varsayımdan mantıksal olarak kesinlikle şaşırtıcı şeyler çıktı. Tramvayda çalışmaya giden bir kişinin, aynı yolda yürüyen bir yayaya göre hem hızdan dolayı zaman tasarrufu sağladığı, hem de daha yavaş gittiği ortaya çıktı.
Ancak ebedi gençliği bu şekilde korumaya çalışmayın: Bir fayton şoförü olsanız ve hayatınızın üçte birini tramvayda geçirseniz bile, 30 yıl içinde saniyenin milyonda birinden pek fazlasını kazanamazsınız. Zaman kazancının farkedilebilmesi için ışık hızına yakın bir hızda hareket etmeniz gerekiyor.
Vücutların hızındaki artışın kütlelerine yansıdığı ortaya çıktı. Bir cismin hızı ışık hızına ne kadar yakınsa kütlesi de o kadar büyük olur. Bir cismin hızı ışık hızına eşit olduğunda kütlesi sonsuza eşittir, yani Dünya'nın, Güneş'in, Galaksi'nin, tüm Evrenimizin kütlesinden daha büyüktür... Bu, basit bir parke taşı üzerinde yoğunlaşıp onu hızlandırmak
Sveta!
Bu, herhangi bir maddi cismin hız geliştirmesine izin vermeyen bir sınırlama getirir, hıza eşit Sveta. Sonuçta kütle büyüdükçe onu hızlandırmak giderek zorlaşıyor. Ve sonsuz bir kütle hiçbir kuvvetle yerinden oynatılamaz.
Ancak doğa, bütün bir parçacık sınıfı için bu yasaya çok önemli bir istisna getirmiştir. Örneğin fotonlar için. Işık hızında hareket edebilirler. Daha doğrusu başka bir hızda hareket edemezler. Hareketsiz bir fotonun hayal edilmesi düşünülemez.
Durağan haldeyken kütlesi yoktur. Nötrinoların da bir dinlenme kütlesi yoktur ve aynı zamanda evrenimizde mümkün olan en yüksek hızda, ışığı yakalamadan veya onun arkasına düşmeden uzayda sonsuza kadar kontrolsüz bir şekilde uçmaya mahkumdurlar.
Özel görelilik teorisinin saydığımız sonuçlarının her birinin şaşırtıcı ve paradoksal olduğu doğru değil mi? Ve elbette her biri “sağduyuya” aykırıdır!
Ancak ilginç olan şu: spesifik biçimleriyle değil, geniş bir felsefi konum olarak, tüm bu şaşırtıcı sonuçlar diyalektik materyalizmin kurucuları tarafından tahmin edilmişti. Bu sonuçlar neyi gösteriyor? Hareket eden bir nesnenin enerji ile kütlesini, kütle ile hızı, hız ile zamanı, hız ile uzunluğunu birbirine bağlayan bağlantılar hakkında...
Einstein'ın çimento (daha fazla ayrıntı :) gibi, donatıları veya temel taşlarını birbirine bağlaması gibi karşılıklı bağımlılığı keşfetmesi, daha önce birbirinden bağımsız görünen şeyleri ve olguları bir araya getirdi ve bilim tarihinde ilk kez üzerinde temellerin atıldığı temeli oluşturdu. uyumlu bir bina inşa etmek mümkün görünüyordu. Bu bina Evrenimizin nasıl çalıştığına dair bir fikirdir.
Ama önce yine Albert Einstein'ın yarattığı genel görelilik teorisi hakkında en azından birkaç kelime.
Albert Einstein Bu isim - genel görelilik teorisi - tartışılacak teorinin içeriğine tam olarak uymuyor. Uzay ve madde arasındaki karşılıklı bağımlılığı kurar. Öyle demek daha doğru olur herhalde uzay-zaman teorisi, veya yerçekimi teorisi.
Ancak bu isim Einstein'ın teorisiyle o kadar iç içe geçmiş durumda ki, onun yerine başka bir isim konulması sorununu gündeme getirmek bile artık birçok bilim insanına uygunsuz görünüyor.
Genel görelilik teorisi, madde ile onu içeren zaman ve uzay arasındaki karşılıklı bağımlılığı kurdu. Uzay ve zamanın maddeden ayrı olarak düşünülemeyeceği, özelliklerinin de onları dolduran maddeye bağlı olduğu ortaya çıktı.
Akıl yürütmenin başlangıç noktası
Bu nedenle yalnızca belirtebiliriz başlangıç noktası ve bazı önemli sonuçlar sunuyoruz.
Uzay yolculuğunun başlangıcında beklenmedik bir felaket, uzayda uçan insanların kütüphanesini, film koleksiyonunu ve diğer zihin ve hafıza depolarını yok etti. Ve asırların değişmesiyle yerli gezegenin doğası unutuldu. Evrensel çekim yasası bile unutuldu çünkü roket galaksiler arası uzayda uçuyor ve neredeyse hiç hissedilmiyor.
Ancak geminin motorları harika çalışıyor ve akülerdeki enerji kaynağı neredeyse sınırsız. Çoğu zaman gemi ataletle hareket eder ve içinde yaşayanlar ağırlıksızlığa alışkındır. Ancak bazen motorları çalıştırıp geminin hareketini yavaşlatıyor veya hızlandırıyorlar. Jet nozulları renksiz bir alevle boşluğa parladığında ve gemi daha hızlı hareket ettiğinde, sakinler vücutlarının ağırlaştığını hissederler, koridorlarda uçmak yerine geminin etrafında dolaşmaya zorlanırlar.
Ve artık uçuş tamamlanmaya yakın. Gemi yıldızlardan birine doğru uçar ve en uygun gezegenin yörüngesine düşer. Uzay gemileri dışarı çıkıyor, taze yeşilliklerle kaplı toprakta yürüyor, geminin hızlı hareket ettiği zamandan beri tanıdık olan aynı ağırlık hissini sürekli yaşıyor.
Ancak gezegen eşit şekilde hareket ediyor. 9,8 m/sn2 sabit ivmeyle onlara doğru uçamaz! Ve yerçekimi alanının (yerçekimi kuvveti) ve ivmenin aynı etkiyi verdiği ve belki de ortak bir yapıya sahip olduğu yönünde ilk varsayıma sahipler.
Dünyalı çağdaşlarımızın hiçbiri bu kadar uzun bir uçuşta değildi, ancak çoğu vücutlarında "ağırlık" ve "hafifleşme" olgusunu hissetti. Sıradan bir asansör bile yüksek hızda hareket ettiğinde bu hissi yaratır. Aşağı inerken ani bir ağırlık kaybı hissedersiniz, yukarı çıkarken ise tam tersine zemin bacaklarınıza normalden daha büyük bir kuvvetle baskı yapar.
Ancak tek bir his hiçbir şeyi kanıtlamaz. Sonuçta duyular bizi Güneş'in hareketsiz Dünya'nın etrafında gökyüzünde hareket ettiğine, tüm yıldızların ve gezegenlerin bizden aynı mesafede, gökkubbede vb. olduğuna ikna etmeye çalışıyor.
Bilim insanları bu duyuları deneysel testlere tabi tuttu. Newton aynı zamanda iki olgunun tuhaf özdeşliği üzerine de düşündü. Onlara sayısal özellikler vermeye çalıştı. Yerçekimini ölçtükten sonra değerlerinin her zaman birbirine kesinlikle eşit olduğuna ikna oldu.
Pilot tesisin sarkaçlarını her türlü malzemeden yaptı: gümüş, kurşun, cam, tuz, tahta, su, altın, kum, buğday. Sonuç aynıydı.
Denklik ilkesi bahsettiğimiz genel görelilik teorisinin temeli olmasına rağmen modern yorum teorinin artık bu prensibe ihtiyacı yok. Bu prensipten çıkan matematiksel sonuçları atlayarak doğrudan genel görelilik teorisinin bazı sonuçlarına geçelim.
Büyük madde kütlelerinin varlığı çevredeki alanı büyük ölçüde etkiler. Mekanın heterojenliği olarak tanımlanabilecek değişikliklere yol açmaktadır. Bu homojensizlikler, kendilerini çeken bedenin yakınında bulan kitlelerin hareketini yönlendirir.
Genellikle bu benzetmeye başvuruyorlar. Dünya yüzeyine paralel bir çerçeveye sıkıca gerilmiş bir tuval hayal edin. Üzerine ağır bir ağırlık koyun. Bu bizim büyük çekici kitlemiz olacak. Elbette tuvali bükecek ve bir tür çöküntüyle sonuçlanacak. Şimdi topu, yolunun bir kısmı çeken kütlenin yanında olacak şekilde bu tuval boyunca yuvarlayın. Topun nasıl fırlatıldığına bağlı olarak üç olası seçenek vardır.
- Top, tuvalin sapmasının yarattığı çöküntüden yeterince uzağa uçacak ve hareketini değiştirmeyecektir.
- Top çöküntüye dokunacak ve hareketinin çizgileri çeken kütleye doğru bükülecektir.
- Top bu deliğe düşecek, oradan çıkamayacak ve çekim yapan kütlenin etrafında bir veya iki tur atacaktır.
Üçüncü seçeneğin, bir yıldızın veya gezegenin dikkatsizce kendi çekim alanına uçan yabancı bir cismi yakalamasını çok güzel modellediği doğru değil mi?
İkinci durum ise, daha büyük bir hızla uçan bir cismin yörüngesinin bükülmesidir. olası hız esir almak! İlk durum, yerçekimi alanının pratik erişiminin ötesine uçmaya benzer. Evet, kesinlikle pratik çünkü teorik olarak çekim alanı sınırsızdır.
Elbette bu çok uzak bir benzetmedir, çünkü hiç kimse üç boyutlu uzayımızın sapmasını gerçekten hayal edemez. Bu sapmanın veya eğriliğin, sıklıkla söylendiği gibi, fiziksel anlamının ne olduğunu kimse bilmiyor.
Genel görelilik teorisinden, herhangi bir maddi cismin yerçekimi alanında yalnızca eğri çizgiler boyunca hareket edebileceği sonucu çıkar. Sadece özel durumlarda eğri düz bir çizgiye dönüşür.
Bir ışık ışını da bu kurala uyar. Sonuçta uçuş halindeyken belli bir kütleye sahip fotonlardan oluşuyor. Ve yerçekimi alanı, tıpkı bir molekül, bir asteroit veya bir gezegen üzerinde olduğu gibi, onun üzerinde de etkisini gösterir.
Bir diğer önemli sonuç ise yer çekimi alanının aynı zamanda zamanın geçişini de değiştirdiğidir. Büyük bir çekici kütlenin yakınında, yarattığı güçlü çekim alanı içinde, zamanın geçişi ondan uzağa göre daha yavaş olmalıdır.
Görüyorsunuz, genel görelilik teorisi, "sağduyu" hakkındaki düşüncelerimizi bir kez daha altüst edebilecek paradoksal sonuçlarla dolu!
Yerçekimi çöküşü
Kozmik bir karaktere sahip olan şaşırtıcı bir fenomenden bahsedelim - yerçekimsel çöküş (yıkıcı sıkıştırma). Bu olay, yerçekimi kuvvetlerinin, doğada var olan başka hiçbir kuvvetin onlara karşı koyamayacağı kadar büyük boyutlara ulaştığı devasa madde birikimlerinde meydana gelir.
Newton'un ünlü formülünü hatırlayın: Yerçekimi yapan cisimler arasındaki mesafenin karesi ne kadar küçükse, yerçekimi kuvveti de o kadar büyük olur. Dolayısıyla bir maddi oluşum ne kadar yoğun olursa, boyutu ne kadar küçük olursa, yerçekimi kuvvetleri o kadar hızlı artar ve yıkıcı kucaklaşmaları da o kadar kaçınılmaz olur.
Yemek yemek kandırmak Doğanın yardımıyla maddenin görünüşte sınırsız sıkıştırılmasına karşı savaşır. Bunu yapmak için, süperdev yerçekimi kuvvetlerinin etki alanında zamanın geçişini durdurur ve bağlı madde kütleleri, garip bir uyuşuk uykuda donmuş, Evrenimizden kesilmiş gibi görünür.
Uzaydaki bu “kara deliklerin” ilki muhtemelen zaten keşfedilmiştir. Sovyet bilim adamları O. Kh. Guseinov ve A. Sh. Novruzova'nın varsayımına göre, bu, görünmez bir bileşeni olan çift yıldız olan Delta Gemini'dir.
Görünür bileşenin kütlesi 1,8 güneş kütlesine sahip ve hesaplamalara göre onun görünmez "arkadaşının" görünür olandan dört kat daha büyük olması gerekiyor. Ancak hiçbir iz yok: Doğanın en muhteşem yaratımı olan “kara deliği” görmek imkansız.
Sovyet bilim adamı Profesör K.P. Stanyukovich, dedikleri gibi, "kaleminin ucunda", tamamen teorik yapılarla, "donmuş madde" parçacıklarının boyutlarının çok çeşitli olabileceğini gösterdi.
- Galaksimizin 100 milyar yıldızının tamamının yaydığı kadar enerjiyi sürekli olarak yayan kuasarlara benzer dev oluşumlar mümkündür.
- Yalnızca birkaç güneş kütlesine eşit olan çok daha mütevazı kümeler mümkündür. Her iki nesne de sıradan, uyumayan maddeden kendiliğinden ortaya çıkabilir.
- Ve kütle açısından temel parçacıklarla karşılaştırılabilir, tamamen farklı bir sınıfın oluşumları mümkündür.
Bunların ortaya çıkması için, onları oluşturan maddenin önce devasa bir basınca maruz kalması ve dışarıdan bir gözlemci için zamanın tamamen durduğu Schwarzschild küresinin sınırlarına itilmesi gerekir. Ve bundan sonra basınç kalksa bile, zamanın durduğu parçacıklar Evrenimizden bağımsız olarak var olmaya devam edecektir.
Plankeonlar
Plankeonlar tamamen özel bir parçacık sınıfıdır. K. P. Stanyukovich'e göre son derece ilginç bir özelliğe sahipler: Milyonlarca ve milyarlarca yıl önce olduğu gibi maddeyi değişmeden taşıyorlar. Plankeonun içine baktığımızda, maddenin Evrenimizin doğuş anındaki halini görebilecektik. Teorik hesaplamalara göre Evrende yaklaşık 10 80 plankeon vardır; bir kenarı 10 santimetre olan bir uzay küpünde yaklaşık bir plankeon vardır. Bu arada, Stanyukovich ile eşzamanlı olarak ve (ondan bağımsız olarak) plankeonlarla ilgili hipotez Akademisyen M.A. Markov tarafından ortaya atıldı.Sadece Markov onlara farklı bir isim verdi - maximonlar.
Temel parçacıkların bazen paradoksal olan dönüşümleri, plankeonların özel özellikleri kullanılarak açıklanmaya çalışılabilir. İki parçacık çarpıştığında hiçbir zaman parçacıkların oluşmadığı, ancak diğer temel parçacıkların ortaya çıktığı bilinmektedir. Bu gerçekten şaşırtıcı: Sıradan dünyada, bir vazoyu kırdığımızda asla bütün bardakları ve hatta rozetleri elde edemeyiz. Ancak her temel parçacığın derinliklerinde bir veya daha fazla plankeon ve bazen de birçok plankeon saklı olduğunu varsayalım.
Parçacıkların çarpışması anında, plankeonun sıkıca bağlı "torbası" hafifçe açılır, bazı parçacıklar içine "düşecek" ve bunun karşılığında, çarpışma sırasında ortaya çıktığını düşündüğümüz parçacıklar "dışarı çıkacak". Aynı zamanda plankeon, basiretli bir muhasebeci gibi, temel parçacıklar dünyasında kabul edilen tüm "korunum yasalarını" sağlayacaktır.
Peki evrensel çekim mekanizmasının bununla ne ilgisi var?
K. P. Stanyukovich'in hipotezine göre yerçekiminden "sorumlu", temel parçacıklar tarafından sürekli olarak yayılan, graviton adı verilen küçük parçacıklardır. Gravitonlar ikincisinden, dans eden bir toz zerresi kadar küçüktür. güneş ışını, küreden daha küçüktür.
Gravitonların emisyonu bir takım kanunlara tabidir. Özellikle uzayın o bölgesine daha kolay uçuyorlar. Daha az graviton içeren. Bu, eğer uzayda iki gök cismi varsa, her ikisinin de ağırlıklı olarak "dışarıya", birbirine zıt yönlerde gravitonlar yayacağı anlamına gelir. Bu, bedenlerin birbirine yaklaşmasına ve birbirini çekmesine neden olan bir dürtü yaratır.
Beni hangi kanuna göre asacaksın?
- Ve herkesi tek bir yasaya göre asıyoruz: Evrensel Yer Çekimi yasası.
Yerçekimi kanunu
Yerçekimi olgusu evrensel çekim yasasıdır. İki cisim birbirlerine, aralarındaki mesafenin karesiyle ters, kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı bir kuvvetle etki eder.
Bu büyük yasayı matematiksel olarak formülle ifade edebiliriz.
Yerçekimi Evrende geniş mesafeler boyunca etki eder. Ancak Newton, tüm nesnelerin karşılıklı olarak çekildiğini savundu. Herhangi iki nesnenin birbirini çektiği doğru mu? Bir düşünün, bir sandalyede otururken Dünya'nın sizi çektiği biliniyor. Peki hiç bilgisayar ile farenin birbirini çektiğini düşündünüz mü? Yoksa masanın üzerinde duran bir kalem ve tükenmez kalem mi? Bu durumda formülde kalemin kütlesini, kalemin kütlesini yerine koyarız, yerçekimi sabitini de hesaba katarak aralarındaki mesafenin karesine böleriz, kuvvetlerini elde ederiz. karşılıklı çekim. Ancak o kadar küçük olacak ki (kalem ve kurşun kalemin küçük kütleleri nedeniyle) varlığını hissetmiyoruz. Ne zaman olacağı başka bir mesele Hakkında konuşuyoruz Dünya ve sandalye veya Güneş ve Dünya hakkında. Kütleler önemlidir, bu da kuvvetin etkisini zaten değerlendirebileceğimiz anlamına gelir.
Serbest düşüşün hızlanmasını hatırlayalım. Bu çekim yasasının etkisidir. Kuvvetin etkisi altında bir cisim, kütlesi ne kadar büyük olursa, hız o kadar yavaş değişir. Bunun sonucunda tüm cisimler aynı ivmeyle Dünya'ya düşer.
Bu görünmez eşsiz güce neden olan şey nedir? Günümüzde çekim alanının varlığı biliniyor ve kanıtlanıyor. Yerçekimi alanının doğası hakkında daha fazla bilgiyi şu adreste bulabilirsiniz: ek malzeme Konular.
Bir düşünün, yerçekimi nedir? Bu nereden? Nedir? Elbette gezegenin Güneş'e bakıp ne kadar uzak olduğunu görmesi ve uzaklığın ters karesini bu kanuna göre hesaplaması olamaz mı?
Yer çekimi yönü
A cismi ve B cismi diyelim. A cismi B cismini çeker. A cisminin uyguladığı kuvvet B cismi üzerinde başlar ve A cismine doğru yönlendirilir. Yani B cismini “alır” ve kendine doğru çeker. . B bedeni aynı şeyi A gövdesine “yapar”.
Her beden Dünya tarafından çekilir. Dünya bedeni “alır” ve merkezine doğru çeker. Dolayısıyla bu kuvvet daima dikey olarak aşağıya doğru yönlendirilir ve cismin ağırlık merkezinden uygulanır, buna yerçekimi kuvveti denir.
Hatırlanması gereken en önemli şey
Bazı jeolojik araştırma yöntemleri, gelgit tahmini ve son zamanlarda yapay uyduların ve gezegenler arası istasyonların hareketinin hesaplanması. Gezegen konumlarının önceden hesaplanması.
Gezegenlerin ve nesnelerin çekilip çekilmediğini tahmin etmeden böyle bir deneyi kendimiz yapabilir miyiz?
Yapılan bu tür doğrudan deneyim Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - İngiliz fizikçi ve kimyager)şekilde gösterilen cihazı kullanarak. Fikir, çok ince bir kuvars ipliğin üzerine iki toplu bir çubuk asmak ve ardından iki büyük kurşun topu yan taraftan onlara doğru getirmekti. Bilyaların çekiciliği ipliği hafifçe bükecektir, çünkü sıradan nesneler arasındaki çekim kuvvetleri çok zayıftır. Böyle bir cihazın yardımıyla Cavendish, her iki kütlenin kuvvetini, mesafesini ve büyüklüğünü doğrudan ölçebildi ve böylece yerçekimi sabiti G.
Uzaydaki yerçekimi alanını karakterize eden yerçekimi sabiti G'nin benzersiz keşfi, Dünya'nın, Güneş'in ve diğer gök cisimlerinin kütlesinin belirlenmesini mümkün kıldı. Bu nedenle Cavendish deneyimine "Dünyayı tartmak" adını verdi.
İlginç bir şekilde, çeşitli fizik yasalarının bazı ortak özellikleri vardır. Elektrik yasalarına (Coulomb kuvveti) dönelim. Elektrik kuvvetleri de mesafenin karesi ile ters orantılıdır, ancak yükler arasındadır ve bu desende derin bir anlamın saklı olduğu düşüncesi istemsizce ortaya çıkar. Şimdiye kadar hiç kimse yerçekimini ve elektriği iki şey olarak hayal edemedi. farklı tezahürler aynı varlık.
Buradaki kuvvet de mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değişmektedir, ancak elektrik ve yerçekimi kuvvetlerinin büyüklüğündeki fark dikkat çekicidir. Yerçekimi ve elektriğin genel doğasını belirlemeye çalışırken, elektriksel kuvvetlerin yerçekimi kuvvetlerine karşı öylesine bir üstünlüğünü keşfediyoruz ki, her ikisinin de aynı kaynağa sahip olduğuna inanmak zor. Birinin diğerinden daha güçlü olduğunu nasıl söyleyebilirsin? Sonuçta her şey kütlenin ne olduğuna ve yükün ne olduğuna bağlıdır. Yer çekiminin ne kadar güçlü etki ettiğini tartışırken, "Şu büyüklükte bir kütle alalım" deme hakkınız yok çünkü onu kendiniz seçiyorsunuz. Ancak Doğanın bize sunduğu şeyleri alırsak (onun bizim inçlerimizle, yıllarımızla, bizim ölçümlerimizle hiçbir ilgisi olmayan kendi sayıları ve ölçümleri), o zaman karşılaştırma yapabileceğiz. Elektron gibi temel yüklü bir parçacığı alıyoruz. İki temel parçacık, iki elektron, elektrik yükü nedeniyle birbirlerini aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle iterler ve yerçekimi nedeniyle de yine elektrik yüküyle ters orantılı bir kuvvetle birbirlerine çekilirler. mesafe.
Soru: Yerçekimi kuvvetinin oranı nedir? elektrik kuvveti? Yerçekimi elektriksel itme açısından, 42 sıfırlı bir sayıya karşı birdir. Bu, en derin şaşkınlığa neden olur. Bu kadar büyük bir sayı nereden gelebilir?
İnsanlar bu devasa katsayıyı diğer doğa olaylarında arıyorlar. Her türlü yoldan geçiyorlar büyük sayılar ve eğer büyük bir sayıya ihtiyacınız varsa, neden Evrenin çapının bir protonun çapına oranını almıyorsunuz - şaşırtıcı bir şekilde, bu aynı zamanda 42 sıfırlı bir sayıdır. Ve şöyle diyorlar: belki bu katsayı protonun çapının Evrenin çapına oranına eşittir? Bu ilginç bir fikir ama Evren yavaş yavaş genişledikçe yerçekimi sabitinin de değişmesi gerekiyor. Bu hipotez henüz çürütülmemiş olsa da, onun lehine herhangi bir kanıtımız yok. Aksine, bazı kanıtlar yerçekimi sabitinin bu şekilde değişmediğini ileri sürüyor. Bu devasa sayı bugüne kadar bir sır olarak kalıyor.
Einstein, yerçekimi yasalarını görelilik ilkelerine uygun olarak değiştirmek zorunda kaldı. Bu ilkelerden ilki, x mesafesinin anında aşılamayacağını, oysa Newton'un teorisine göre kuvvetlerin anında etki ettiğini belirtir. Einstein Newton'un yasalarını değiştirmek zorunda kaldı. Bu değişiklikler ve açıklamalar çok küçüktür. Bunlardan biri şudur: Işığın enerjisi olduğundan, enerji kütleye eşdeğer olduğundan ve tüm kütleler birbirini çektiğinden, ışık da çekilir ve bu nedenle Güneş'in yanından geçerken saptırılması gerekir. Gerçekte bu şekilde oluyor. Yerçekimi kuvveti de Einstein'ın teorisinde biraz değiştirildi. Ancak çekim yasasındaki bu çok küçük değişiklik, Merkür'ün hareketindeki görünürdeki bazı düzensizlikleri açıklamaya yeterlidir.
Mikro dünyadaki fiziksel olaylar, dünyadaki büyük ölçekteki olaylardan farklı yasalara tabidir. Şu soru ortaya çıkıyor: Küçük ölçeklerin dünyasında yerçekimi kendini nasıl gösteriyor? Kuantum yerçekimi teorisi buna cevap verecektir. Ancak kuantum teorisi henüz yer çekimi yok. İnsanlar kuantum mekaniği ilkeleri ve belirsizlik ilkesiyle tamamen tutarlı bir yerçekimi teorisi yaratmada henüz pek başarılı olamadılar.
Isaac Newton, doğadaki tüm cisimler arasında karşılıklı çekim kuvvetlerinin bulunduğunu öne sürdü. Bu kuvvetlere denir yerçekimi kuvvetleri tarafından veya evrensel yerçekimi kuvvetleri. Doğal olmayan yerçekimi kuvveti uzayda kendini gösterir. Güneş Sistemi ve Dünya'da.
Yerçekimi kanunu
Newton gök cisimlerinin hareket yasalarını genelleştirdi ve \(F\) kuvvetinin şuna eşit olduğunu buldu:
\[ F = G \dfrac(m_1 m_2)(R^2) \]
burada \(m_1\) ve \(m_2\) etkileşen cisimlerin kütleleridir, \(R\) aralarındaki mesafedir, \(G\) orantı katsayısıdır, buna denir yerçekimi sabiti. Yerçekimi sabitinin sayısal değeri, Cavendish tarafından kurşun toplar arasındaki etkileşim kuvvetinin ölçülmesiyle deneysel olarak belirlendi.
Yerçekimi sabitinin fiziksel anlamı evrensel çekim yasasından kaynaklanmaktadır. Eğer \(m_1 = m_2 = 1 \text(kg)\), \(R = 1 \text(m) \) , bu durumda \(G = F \) , yani yer çekimi sabiti, her biri 1 kg'lık iki cismin 1 m mesafeden çekilmesini sağlayan kuvvete eşittir.
Sayısal değer:
\(G = 6,67 \cdot() 10^(-11) N \cdot() m^2/ kg^2 \) .
Evrensel yerçekimi kuvvetleri doğadaki herhangi bir cisim arasında etki eder, ancak büyük kütlelerde (veya en azından cisimlerden birinin kütlesi büyükse) fark edilir hale gelirler. Evrensel çekim yasası yalnızca maddi noktalar ve toplar için karşılanır (bu durumda topların merkezleri arasındaki mesafe mesafe olarak alınır).
Yer çekimi
Evrensel yerçekimi kuvvetinin özel bir türü, cisimlerin Dünya'ya (veya başka bir gezegene) doğru çekim kuvvetidir. Bu kuvvete denir yer çekimi. Bu kuvvetin etkisi altında tüm cisimler serbest düşme ivmesi kazanır.
Newton'un ikinci yasasına göre \(g = F_T /m\) dolayısıyla \(F_T = mg \) olur.
M Dünya'nın kütlesiyse, R yarıçapıysa, m belirli bir cismin kütlesiyse, o zaman yerçekimi kuvveti şuna eşittir:
\(F = G \dfrac(M)(R^2)m = mg \) .
Yer çekimi kuvveti her zaman dünyanın merkezine doğru yönlendirilir. Dünya yüzeyinden yüksekliğe \(h\) ve cismin konumunun coğrafi enlemine bağlı olarak ivme serbest düşüş farklı anlamlar kazanıyor. Dünya yüzeyinde ve orta enlemlerde yerçekimi ivmesi 9,831 m/s 2'dir.
Vücut ağırlığı
Vücut ağırlığı kavramı teknolojide ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Vücut ağırlığı\(P\) ile gösterilir. Ağırlık birimi Newton'dur (N). Ağırlıktan beri kuvvete eşit Vücudun desteğe etki ettiği durumda, Newton'un üçüncü yasasına göre, vücudun ağırlığı, desteğin tepki kuvvetine eşit büyüklükte olur. Bu nedenle cismin ağırlığını bulmak için destek tepki kuvvetinin neye eşit olduğunu belirlemek gerekir.
Bu durumda vücudun desteğe veya süspansiyona göre hareketsiz olduğu varsayılır.
Bir cismin ağırlığı ve yerçekimi kuvveti doğası gereği farklıdır: Bir cismin ağırlığı, moleküller arası kuvvetlerin etkisinin bir tezahürüdür ve yerçekimi kuvveti, yerçekimi niteliğindedir.
Ağırlığının sıfır olduğu cismin durumuna ne ad verilir? ağırlıksızlık. Ağırlıksızlık durumu, bir uçak veya uzay aracında, hareket hızının yönü ve değeri ne olursa olsun, serbest düşme ivmesiyle hareket ederken gözlemlenir. Jet motorları kapatıldığında dünya atmosferinin dışında uzay gemisi Yalnızca evrensel yerçekimi kuvveti etki eder. Bu kuvvetin etkisi altında uzay gemisi ve içindeki tüm cisimler aynı ivmeyle hareket eder, dolayısıyla gemide ağırlıksızlık durumu gözlemlenir.
Tarayıcınızda Javascript devre dışı.Hesaplamaları gerçekleştirmek için ActiveX kontrollerini etkinleştirmelisiniz!
