När man studerar en skolkurs i fysik är ett viktigt ämne inom mekaniksektionen lagen om universell gravitation. I den här artikeln ska vi titta närmare på vad det är, och med vilken matematisk formel det beskrivs, och även ge exempel på tyngdkraften i vardagslivet och i kosmisk skala.
Vem upptäckte tyngdlagen
Innan vi ger exempel på tyngdkraften, låt oss kort beskriva vem som är krediterad för att ha upptäckt den.
Sedan urminnes tider har människor observerat stjärnorna och planeterna och vetat att de rör sig längs vissa banor. Dessutom förstod varje person som inte hade speciella kunskaper att oavsett hur långt och högt han kastade en sten eller annat föremål så föll den alltid till marken. Men ingen av människorna gissade ens att processerna på jorden och himlakropparna styrs av samma naturlag.
År 1687 publicerade Sir Isaac Newton ett vetenskapligt arbete där han först beskrev det matematiskaformulering av lagen om universell gravitation. Naturligtvis kom Newton inte självständigt till denna formulering, som han personligen kände igen. Han använde några av idéerna från sina samtida (till exempel förekomsten av en omvänd proportionalitet till kvadraten på avståndet för attraktionskraften mellan kroppar), såväl som den ackumulerade experimentella erfarenheten av planeternas banor (Keplers tre lagar). Newtons geni visade sig i det faktum att vetenskapsmannen efter att ha analyserat all tillgänglig erfarenhet kunde formulera den i form av en sammanhängande och praktiskt användbar teori.
Gravity formula
Lagen om universell gravitation kan kort formuleras på följande sätt: mellan alla kroppar i universum finns en attraktionskraft, som är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan deras masscentra och direkt proportionell mot produkten av massorna av kropparna själva. För två organ med massorna m1 och m2, som ligger på avstånd r från varandra, kommer lagen som studeras att skrivas som:
F=Gm1m2/r2.
Här är G tyngdkraftskonstanten.
Attraktionskraften kan beräknas med denna formel i alla fall, om avstånden mellan kropparna är tillräckligt stora jämfört med deras storlekar. Annars, och även under förhållanden med stark gravitation nära massiva rymdobjekt (neutronstjärnor, svarta hål), bör man använda relativitetsteorin som utvecklats av Einstein. Den senare betraktar gravitationen som ett resultat av en förvrängning av rum-tid. I Newtons klassiska laggravitation är resultatet av kroppars interaktion med något energifält, som elektriska eller magnetiska fält.
The Manifestation of Gravity: Exempel från vardagen
För det första kan vi som sådana exempel namnge alla fallande kroppar från en viss höjd. Till exempel ett löv eller det berömda äpplet från ett träd, en sten som faller, regndroppar, bergskred och jordskred. I alla dessa fall tenderar kropparna till mitten av vår planet.
För det andra, när en lärare ber eleverna att "ge exempel på gravitation", bör de också komma ihåg att alla kroppar har vikt. När telefonen ligger på bordet eller när en person vägs på vågen trycker i dessa fall kroppen på stödet. Kroppsvikten är ett levande exempel på manifestationen av tyngdkraften, som tillsammans med stödets reaktion bildar ett kraftpar som balanserar varandra.
Om formeln från föregående stycke används för markförhållanden (ersätt planetens massa och dess radie med den), då kan följande uttryck erhållas:
F=mg
Det är det som används för att lösa problem med gravitation. Här är g den acceleration som ges till alla kroppar, oavsett deras massa, i fritt fall. Om det inte fanns något luftmotstånd, skulle en tung sten och en lätt fjäder falla samtidigt från samma höjd.
Gravity in the Universe
Alla vet att jorden, tillsammans med andra planeter, kretsar runt solen. I sin tur är solen inneen av armarna i spiralgalaxen Vintergatan, roterar tillsammans med hundratals miljoner stjärnor runt dess centrum. Galaxerna själva närmar sig varandra också i så kallade lokala kluster. Om vi går tillbaka på en skala, då bör vi komma ihåg satelliterna som kretsar runt deras planeter, asteroiderna som faller på dessa planeter eller flyger förbi. Alla dessa fall kan komma ihåg om läraren frågar eleverna: "Ge exempel på tyngdkraften."
Notera att under de senaste decennierna har frågan om huvudkraften på en kosmisk skala ifrågasatts. I det lokala rummet är det utan tvekan tyngdkraften. Men med tanke på problemet på galaxens nivå kommer en annan, ännu okänd kraft, associerad med mörk materia, in i bilden. Den senare manifesterar sig som antigravitation.
