ما هي قوة الجاذبية في تعريف الفيزياء. قوة الجاذبية وقوة الجاذبية العامة

إن الارتفاعات التي تتحرك عندها الأقمار الصناعية يمكن مقارنتها بالفعل بنصف قطر الأرض ، لذلك من الضروري للغاية حساب مسارها ، مع الأخذ في الاعتبار التغيير في قوة الجاذبية مع زيادة المسافة.

لذلك ، جادل جاليليو بأن جميع الأجسام التي يتم إطلاقها من ارتفاع معين بالقرب من سطح الأرض ستسقط بنفس التسارع ز (إذا أهملت مقاومة الهواء). القوة التي تسبب هذا التسارع تسمى الجاذبية. دعونا نطبق قانون نيوتن الثاني على قوة الجاذبية ، معتبرين أنها تسارع أ تسارع الجاذبية ز . وبالتالي ، يمكن كتابة قوة الجاذبية المؤثرة على الجسم على النحو التالي:

F ز = ملغ

يتم توجيه هذه القوة إلى أسفل نحو مركز الأرض.

لان في نظام SI ز = 9.8 ، فإن قوة الجاذبية المؤثرة على جسم كتلته 1 كجم تساوي.

نطبق معادلة قانون الجاذبية العامة لوصف قوة الجاذبية - قوة الجاذبية بين الأرض والجسم الموجود على سطحها. ثم يتم استبدال m 1 بكتلة الأرض m 3 ، و r - بالمسافة إلى مركز الأرض ، أي إلى نصف قطر الأرض ص 3. وهكذا نحصل على:

حيث م هي كتلة الجسم الموجود على سطح الأرض. من هذه المساواة يترتب على ذلك:

بمعنى آخر ، تسارع السقوط الحر على سطح الأرض ز يتم تحديده من خلال القيمتين m 3 و r 3.

على القمر ، أو على الكواكب الأخرى ، أو في الفضاء الخارجي ، ستكون قوة الجاذبية المؤثرة على جسم من نفس الكتلة مختلفة. على سبيل المثال ، على القمر القيمة ز يمثل السدس فقط ز على الأرض ، ويتأثر جسم كتلته 1 كجم بقوة جاذبية تساوي 1.7 نيوتن فقط.

حتى تم قياس ثابت الجاذبية G ، ظلت كتلة الأرض غير معروفة. وفقط بعد قياس G ، باستخدام النسبة ، كان من الممكن حساب كتلة الأرض. تم القيام بذلك لأول مرة بواسطة هنري كافنديش بنفسه. بالتعويض في الصيغة عن تسارع السقوط الحر بالقيمة g = 9.8m / s ونصف قطر الأرض r z = 6.3810 6 نحصل على القيمة التالية لكتلة الأرض:

بالنسبة لقوة الجاذبية المؤثرة على الأجسام القريبة من سطح الأرض ، يمكن ببساطة استخدام التعبير mg. إذا كان من الضروري حساب قوة الجذب المؤثرة على جسم يقع على مسافة ما من الأرض ، أو القوة التي يسببها جرم سماوي آخر (على سبيل المثال ، القمر أو كوكب آخر) ، فيجب استخدام قيمة g ، محسوبًا باستخدام الصيغة المعروفة ، حيث يجب استبدال r 3 و m 3 بالمسافة والكتلة المقابلة ، يمكنك أيضًا استخدام صيغة قانون الجاذبية العامة مباشرةً. هناك عدة طرق لتحديد عجلة الجاذبية بدقة شديدة. يمكن للمرء أن يجد g ببساطة عن طريق وزن وزن قياسي على ميزان زنبركي. يجب أن تكون المقاييس الجيولوجية مذهلة - فنابضها يغير التوتر عند إضافة حمولة أقل من جزء من المليون من الجرام. يتم الحصول على نتائج ممتازة من خلال موازين الكوارتز الالتوائية. أجهزتهم ، من حيث المبدأ ، بسيطة. يتم لحام الرافعة في خيوط الكوارتز الممدودة أفقيًا ، مع ثقل الفتيل الملتوي قليلاً:

يستخدم البندول أيضًا لنفس الغرض. حتى وقت قريب ، كانت طرق البندول لقياس g هي الوحيدة ، وفقط في الستينيات والسبعينيات. بدأوا في استبدالهم بطرق وزن أكثر ملاءمة ودقة. على أي حال ، من خلال قياس فترة تذبذب البندول الرياضي ، يمكن استخدام الصيغة لإيجاد قيمة g بدقة تامة. من خلال قياس قيمة g في أماكن مختلفة على نفس الأداة ، يمكن للمرء أن يحكم على التغيرات النسبية في قوة الجاذبية بدقة أجزاء لكل مليون.

تختلف قيم تسارع الجاذبية g عند نقاط مختلفة على الأرض اختلافًا طفيفًا. من الصيغة g = Gm 3 ، يمكن ملاحظة أن قيمة g يجب أن تكون أصغر ، على سبيل المثال ، عند قمم الجبال منها عند مستوى سطح البحر ، نظرًا لأن المسافة من مركز الأرض إلى قمة الجبل إلى حد ما أكبر. في الواقع ، تم تأسيس هذه الحقيقة تجريبيًا. ومع ذلك ، فإن الصيغة ز = جم 3 / ص 3 2 لا يعطي قيمة دقيقة لـ g في جميع النقاط ، لأن سطح الأرض ليس كرويًا تمامًا: لا توجد الجبال والبحار فقط على سطحه ، ولكن هناك أيضًا تغيير في نصف قطر الأرض عند خط الاستواء ؛ بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم توزيع كتلة الأرض بشكل موحد ؛ يؤثر دوران الأرض أيضًا على التغيير في g.

ومع ذلك ، تبين أن خصائص تسارع الجاذبية أكثر تعقيدًا مما اعتقد جاليليو. اكتشف أن مقدار العجلة يعتمد على خط العرض الذي تُقاس به:

يختلف مقدار تسارع السقوط الحر أيضًا باختلاف الارتفاع فوق سطح الأرض:

يتم دائمًا توجيه متجه تسارع الجاذبية عموديًا لأسفل ، ولكن على طول خط راسيا في موقع معين على الأرض.

وبالتالي ، على نفس خط العرض وعلى نفس الارتفاع فوق مستوى سطح البحر ، يجب أن يكون تسارع الجاذبية هو نفسه. تظهر القياسات الدقيقة أنه في كثير من الأحيان هناك انحرافات عن هذه القاعدة - شذوذ الجاذبية. سبب الشذوذ هو التوزيع الكتلي غير المتجانس بالقرب من موقع القياس.

كما ذكرنا سابقًا ، يمكن تمثيل قوة الجاذبية من جانب جسم كبير كمجموع القوى المؤثرة من الجسيمات الفردية لجسم كبير. إن جاذبية الأرض للبندول هي نتيجة عمل كل جسيمات الأرض الموجودة عليها. لكن من الواضح أن الجسيمات القريبة تقدم أكبر مساهمة في القوة الكلية - فبعد كل شيء ، يتناسب الجذب عكسًا مع مربع المسافة.

إذا تم تركيز الكتل الثقيلة بالقرب من مكان القياس ، فستكون g أكبر من القاعدة ، وإلا فإن g أقل من القاعدة.

على سبيل المثال ، إذا تم قياس g على جبل أو على متن طائرة تحلق فوق البحر على ارتفاع جبل ، فسيتم الحصول على رقم كبير في الحالة الأولى. كما أن قيمة g على الجزر المحيطية المنعزلة أعلى من المعيار. من الواضح أنه في كلتا الحالتين ، يتم تفسير الزيادة في g من خلال تركيز كتل إضافية في مكان القياس.

ليس فقط قيمة g ، ولكن أيضًا اتجاه الجاذبية يمكن أن ينحرف عن القاعدة. إذا علقت حملًا على خيط ، فسيظهر الخيط الممدود العمودي لهذا المكان. قد ينحرف هذا الرأسي عن القاعدة. الاتجاه "الطبيعي" للعمودي معروف للجيولوجيين من خرائط خاصة ، حيث تم بناء الشكل "المثالي" للأرض وفقًا للبيانات الخاصة بقيم g.

لنقم بتجربة خط راسيا عند سفح جبل كبير. تنجذب الأرض إلى مركزها والجبل - إلى الجانب. يجب أن ينحرف الخط الراقي في ظل هذه الظروف عن الاتجاه الرأسي العادي. نظرًا لأن كتلة الأرض أكبر بكثير من كتلة الجبل ، فإن هذه الانحرافات لا تتجاوز بضع ثوانٍ قوسية.

يتم تحديد الوضع الرأسي "العادي" بواسطة النجوم ، حيث أنه بالنسبة لأي نقطة جغرافية يتم حسابه في أي مكان في السماء في لحظة معينة من اليوم والسنة ، يرتكز الشكل الرأسي "المثالي" للأرض.

تؤدي انحرافات الخط الراقي أحيانًا إلى نتائج غريبة. على سبيل المثال ، في فلورنسا ، لا يؤدي تأثير جبال الأبينيني إلى الانجذاب ، ولكن إلى تنافر الخط الشاقولي. يمكن أن يكون هناك تفسير واحد فقط: هناك فراغات ضخمة في الجبال.

يتم الحصول على نتيجة رائعة من خلال قياس تسارع الجاذبية على مقياس القارات والمحيطات. القارات أثقل بكثير من المحيطات ، لذلك يبدو أن قيم g فوق القارات يجب أن تكون أكبر. من فوق المحيطات. في الواقع ، قيم g ، على طول نفس خط العرض فوق المحيطات والقارات ، هي في المتوسط ​​هي نفسها.

مرة أخرى ، هناك تفسير واحد فقط: القارات ترتكز على صخور أخف ، والمحيطات على صخور أثقل. في الواقع ، حيثما يكون الاستكشاف المباشر ممكنًا ، يثبت الجيولوجيون أن المحيطات ترتكز على صخور بازلتية ثقيلة ، والقارات على صخور صوان خفيفة.

لكن السؤال التالي يطرح نفسه على الفور: لماذا تعوض الصخور الثقيلة والخفيفة تمامًا عن الفرق في الأوزان بين القارات والمحيطات؟ لا يمكن أن يكون هذا التعويض مسألة صدفة ؛ يجب أن تكون أسبابه متجذرة في بنية قشرة الأرض.

يعتقد الجيولوجيون أن الأجزاء العلوية من قشرة الأرض تبدو وكأنها تطفو على البلاستيك الأساسي ، أي الكتلة القابلة للتشوه بسهولة. يجب أن يكون الضغط على أعماق حوالي 100 كم هو نفسه في كل مكان ، تمامًا مثل الضغط في قاع إناء به ماء ، حيث تطفو قطع من الخشب بأوزان مختلفة ، هو نفسه. لذلك ، يجب أن يكون لعمود مساحته 1 م 2 من السطح إلى عمق 100 كم نفس الوزن تحت المحيط وتحت القارات.

تؤدي معادلة الضغوط هذه (تسمى التوازنات) إلى حقيقة أن قيمة تسارع الجاذبية g لا تختلف اختلافًا كبيرًا فوق المحيطات والقارات على طول خط العرض نفسه. تعمل شذوذات الجاذبية المحلية على خدمة الاستكشاف الجيولوجي ، والغرض منه هو العثور على رواسب من المعادن تحت الأرض ، دون حفر ثقوب ، ودون حفر المناجم.

يجب البحث عن خام ثقيل في تلك الأماكن التي يكون فيها g أكبر. على العكس من ذلك ، يتم الكشف عن رواسب الملح الخفيف بقيم g التي تم التقليل من شأنها محليًا. يمكنك قياس g لأقرب جزء من مليون من 1 م / ث 2.

تسمى طرق الاستطلاع التي تستخدم البندولات والمقاييس فائقة الدقة الجاذبية. إنها ذات أهمية عملية كبيرة ، لا سيما للبحث عن النفط. الحقيقة هي أنه من خلال طرق الاستكشاف بالجاذبية ، من السهل اكتشاف قباب الملح تحت الأرض ، وغالبًا ما يتضح أنه حيثما يوجد ملح ، يوجد أيضًا زيت. علاوة على ذلك ، يكمن الزيت في الأعماق ، والملح أقرب إلى سطح الأرض. تم اكتشاف النفط عن طريق التنقيب عن الجاذبية في كازاخستان وأماكن أخرى.

بدلاً من سحب العربة بزنبرك ، يمكن تسريعها عن طريق ربط سلك يتم إلقاؤه فوق البكرة ، حيث يتم تعليق الحمولة من الطرف الآخر. ثم ستعود القوة التي تضفي التسارع إلى وزنهذه البضائع. يتم نقل تسارع السقوط الحر مرة أخرى إلى الجسم من خلال وزنه.

في الفيزياء ، الوزن هو الاسم الرسمي للقوة الناتجة عن انجذاب الأجسام إلى سطح الأرض - "جاذبية الجاذبية". حقيقة أن الأجسام تنجذب نحو مركز الأرض تجعل هذا التفسير معقولاً.

كيفما عرفته ، الوزن قوة. لا تختلف عن أي قوة أخرى ، باستثناء سمتين: الوزن موجه عموديًا ويعمل باستمرار ، ولا يمكن التخلص منه.

من أجل قياس وزن الجسم بشكل مباشر ، يجب علينا استخدام ميزان زنبركي معاير بوحدات القوة. نظرًا لأن هذا غالبًا ما يكون غير مريح ، فإننا نقارن وزنًا بآخر باستخدام مقياس توازن ، أي اوجد العلاقة:

جاذبية الأرض تعمل على الجسم Xتأثير جذب الأرض على مستوى الكتلة

افترض أن الجسم X ينجذب 3 مرات أقوى من معيار الكتلة. في هذه الحالة ، نقول إن جاذبية الأرض التي تؤثر على الجسم X تساوي 30 نيوتن من القوة ، مما يعني أنها 3 أضعاف جاذبية الأرض التي تعمل على كيلوغرام من الكتلة. غالبًا ما يتم الخلط بين مفهومي الكتلة والوزن ، وهناك فرق كبير بينهما. الكتلة هي خاصية للجسم نفسه (إنها مقياس للقصور الذاتي أو "مقدار المادة"). الوزن ، من ناحية أخرى ، هو القوة التي يعمل بها الجسم على الدعم أو يمتد التعليق (الوزن يساوي عدديًا قوة الجاذبية إذا لم يكن للدعم أو التعليق تسارع).

إذا استخدمنا مقياسًا زنبركيًا لقياس وزن جسم بدقة عالية جدًا ، ثم نقلنا المقاييس إلى مكان آخر ، فسنجد أن وزن الجسم على سطح الأرض يختلف نوعًا ما من مكان إلى آخر. نحن نعلم أنه بعيدًا عن سطح الأرض ، أو في أعماق الكرة الأرضية ، يجب أن يكون الوزن أقل بكثير.

هل تتغير الكتلة؟ توصل العلماء ، بعد تفكيرهم في هذه المسألة ، إلى استنتاج مفاده أن الكتلة يجب أن تظل دون تغيير. حتى في مركز الأرض ، حيث يجب أن تنتج الجاذبية ، التي تعمل في جميع الاتجاهات ، قوة صافية مقدارها صفر ، فإن الجسم سيظل له نفس الكتلة.

وهكذا ، فإن الكتلة ، المقاسة بالصعوبة التي نواجهها في محاولة تسريع حركة عربة صغيرة ، هي نفسها في كل مكان: على سطح الأرض ، في مركز الأرض ، على القمر. الوزن المقدر من امتداد موازنة الزنبرك (والملمس

في عضلات يد شخص يحمل ميزانًا) سيكون أقل بكثير على القمر وتقريبًا صفر في مركز الأرض. (الشكل 7)

ما مدى تأثير جاذبية الأرض على الكتل المختلفة؟ كيف تقارن أوزان شيئين؟ لنأخذ قطعتين متطابقتين من الرصاص ، على سبيل المثال ، 1 كجم لكل منهما. تجذب الأرض كل منهما بنفس القوة ، التي تساوي وزن 10 N. إذا جمعت كلتا القطعتين البالغ وزنهما 2 كجم ، فإن القوى الرأسية تضيف ببساطة: تجذب الأرض 2 كجم ضعف ما يعادل 1 كجم. سنحصل على نفس الجاذبية المضاعفة بالضبط إذا قمنا بدمج كلتا القطعتين في واحدة أو وضعهما فوق الأخرى. تتراكم الجاذبية لأي مادة متجانسة ببساطة ، ولا يوجد امتصاص أو حماية لقطعة واحدة من المادة بأخرى.

بالنسبة لأي مادة متجانسة ، يتناسب الوزن مع الكتلة. لذلك ، نعتقد أن الأرض هي مصدر "مجال الجاذبية" المنبثق من مركزها عموديًا وقادر على جذب أي قطعة من المادة. يعمل مجال الجاذبية بنفس الطريقة ، لنقل ، كل كيلوغرام من الرصاص. ولكن ماذا عن القوى الجاذبة التي تؤثر على نفس كتل المواد المختلفة ، على سبيل المثال ، 1 كجم من الرصاص و 1 كجم من الألومنيوم؟ يعتمد معنى هذا السؤال على المقصود بالجماهير المتساوية. إن أبسط طريقة لمقارنة الكتل ، والتي تُستخدم في البحث العلمي والممارسة التجارية ، هي استخدام مقياس التوازن. يقارنون القوى التي تسحب كلا الحملين. ولكن بهذه الطريقة ، نفس كتل الرصاص والألومنيوم ، على سبيل المثال ، يمكننا أن نفترض أن الأوزان المتساوية لها كتل متساوية. لكن في الواقع ، نحن نتحدث هنا عن نوعين مختلفين تمامًا من الكتلة - الكتلة بالقصور الذاتي والكتلة الثقالية.

تمثل الكمية في الصيغة كتلة بالقصور الذاتي. في تجارب العربات ، التي يتم تسريعها بواسطة زنبرك ، تعمل القيمة كخاصية "لثقل المادة" التي توضح مدى صعوبة نقل التسارع إلى الجسم قيد الدراسة. الخاصية الكمية هي النسبة. هذه الكتلة هي مقياس للقصور الذاتي ، وميل الأنظمة الميكانيكية لمقاومة تغيير الحالة. الكتلة هي خاصية يجب أن تكون هي نفسها بالقرب من سطح الأرض ، وعلى القمر ، وفي الفضاء السحيق ، وفي مركز الأرض. ما علاقته بالجاذبية وما الذي يحدث بالفعل عند قياس الوزن؟

بصرف النظر عن كتلة القصور الذاتي ، يمكن للمرء تقديم مفهوم كتلة الجاذبية كمقدار المادة التي تجذبها الأرض.

نعتقد أن مجال جاذبية الأرض هو نفسه لجميع الكائنات الموجودة فيه ، لكننا ننسبه إلى مختلف

ميتام كتل مختلفة ، والتي تتناسب مع جاذبية هذه الكائنات من قبل المجال. هذه هي كتلة الجاذبية. نقول أن الأجسام المختلفة لها أوزان مختلفة لأن لها كتل جاذبية مختلفة ينجذبها مجال الجاذبية. وبالتالي ، فإن كتل الجاذبية ، بحكم التعريف ، متناسبة مع الأوزان وكذلك قوة الجاذبية. تحدد كتلة الجاذبية القوة التي تجذبها الأرض. في الوقت نفسه ، تكون الجاذبية متبادلة: إذا اجتذبت الأرض حجرًا ، فإن الحجر يجذب الأرض أيضًا. هذا يعني أن كتلة الجاذبية للجسم تحدد أيضًا مدى قوة جذبها لجسم آخر ، الأرض. وهكذا ، فإن كتلة الجاذبية تقيس كمية المادة التي تعمل عليها جاذبية الأرض ، أو كمية المادة التي تسبب الجاذبية بين الأجسام.

تأثير الجاذبية على قطعتين متطابقتين من الرصاص ضعف تأثير الجاذبية على قطعة واحدة. يجب أن تكون كتل الجاذبية لقطع الرصاص متناسبة مع كتل القصور الذاتي ، حيث من الواضح أن كتلتيهما متناسبة مع عدد ذرات الرصاص. الأمر نفسه ينطبق على قطع من أي مادة أخرى ، مثل الشمع ، ولكن كيف يمكن مقارنة قطعة الرصاص بقطعة الشمع؟ تم تقديم الإجابة على هذا السؤال من خلال تجربة رمزية حول دراسة سقوط أجسام مختلفة الأحجام من أعلى برج بيزا المائل ، والتي ، وفقًا للأسطورة ، قام بها جاليليو. أسقط قطعتين من أي مادة من أي حجم. يسقطون بنفس التسارع g. القوة المؤثرة على الجسم وإعطائه التسارع 6 هي جاذبية الأرض المطبقة على هذا الجسم. تتناسب قوة جذب الأرض مع كتلة الجاذبية. لكن الجاذبية تمنح كل الأجسام نفس التسارع g. لذلك ، يجب أن تكون الجاذبية ، مثل الوزن ، متناسبة مع كتلة القصور الذاتي. لذلك ، تحتوي الأجسام من أي شكل على نفس النسب من كلا الكتلتين.

إذا أخذنا 1 كجم كوحدة من كلتا الكتلتين ، فستكون كتل الجاذبية والقصور الذاتي هي نفسها لجميع الأجسام بأي حجم من أي مادة وفي أي مكان.

إليك كيف تم إثبات ذلك. دعونا نقارن معيار الكيلوجرام المصنوع من البلاتين 6 بحجر غير معروف الكتلة. دعونا نقارن كتلهم بالقصور الذاتي عن طريق تحريك كل من الأجسام بدورها في اتجاه أفقي تحت تأثير بعض القوة وقياس التسارع. افترض أن كتلة الحجر 5.31 كجم. لا تشارك جاذبية الأرض في هذه المقارنة. ثم نقارن بين كتلتي الجاذبية لكلا الجسمين عن طريق قياس الجاذبية بين كل منهما وجسم ثالث ، وهو ببساطة الأرض. يمكن القيام بذلك عن طريق وزن كلا الجسمين. سوف نرى أن كتلة الجاذبية للحجر هي أيضًا 5.31 كجم.

قبل أكثر من نصف قرن من اقتراح نيوتن لقانون الجاذبية الكونية ، اكتشف يوهانس كيبلر (1571-1630) أن "الحركة المعقدة للكواكب في النظام الشمسي يمكن وصفها بثلاثة قوانين بسيطة. عززت قوانين كبلر الإيمان بفرضية كوبرنيكوس بأن الكواكب تدور حول الشمس أيضًا.

إن التأكيد في بداية القرن السابع عشر على أن الكواكب تدور حول الشمس وليست حول الأرض كانت أعظم بدعة. جيوردانو برونو ، الذي دافع علانية عن نظام كوبرنيكوس ، أدين من قبل محكمة التفتيش المقدسة بأنه مهرطق وأحرق على المحك. حتى جاليليو العظيم ، على الرغم من صداقته الوثيقة مع البابا ، سُجن وأدانته محاكم التفتيش وأجبر على التخلي عن آرائه علنًا.

في تلك الأيام ، كانت تعاليم أرسطو وبطليموس تعتبر مقدسة ومصونة ، قائلة إن مدارات الكواكب تنشأ نتيجة حركات معقدة على طول نظام من الدوائر. لذلك لوصف مدار المريخ ، كانت هناك حاجة إلى عشرات الدوائر بأقطار مختلفة. حدد يوهانس كبلر مهمة "إثبات" أن كوكب المريخ والأرض يجب أن يدوران حول الشمس. كان يحاول العثور على مدار بأبسط شكل هندسي ، والذي يتطابق تمامًا مع القياسات العديدة لموقع الكوكب. مرت سنوات من الحسابات الشاقة قبل أن يتمكن كبلر من صياغة ثلاثة قوانين بسيطة تصف بدقة حركة جميع الكواكب:

القانون الأول:كل كوكب يتحرك في شكل بيضاوي

واحد من النقاط التي تركز عليها

القانون الثاني:متجه نصف القطر (الخط الذي يربط بين الشمس

والكوكب) على فترات متساوية

مناطق زمنية متساوية

القانون الثالث:مربعات فترات الكواكب

يتناسب مع مكعبات مواردهم

مسافات من الشمس:

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

أهمية أعمال كبلر هائلة. اكتشف القوانين التي ربطها نيوتن بعد ذلك بقانون الجاذبية الكونية ، وبالطبع لم يدرك كبلر نفسه ما ستؤدي إليه اكتشافاته. "لقد كان منخرطًا في تلميحات مملة للقواعد التجريبية ، والتي كان من المفترض أن يؤدي نيوتن في المستقبل إلى شكل عقلاني." لم يستطع كبلر تفسير سبب وجود المدارات الإهليلجية ، لكنه أعجب بحقيقة وجودها.

على أساس قانون كبلر الثالث ، خلص نيوتن إلى أن قوى الجذب يجب أن تنخفض مع زيادة المسافة ، وأن هذا الجذب يجب أن يتغير (مسافة) -2. باكتشاف قانون الجاذبية الكونية ، نقل نيوتن الفكرة البسيطة لحركة القمر إلى النظام الكوكبي بأكمله. أظهر أن الجذب ، وفقًا للقوانين التي اشتقها ، يحدد حركة الكواكب في مدارات إهليلجية ، ويجب أن تكون الشمس في إحدى بؤر القطع الناقص. كان قادرًا بسهولة على اشتقاق قانونين آخرين لكبلر ، واللذين يتبعان أيضًا فرضيته حول الجاذبية العامة. هذه القوانين صالحة فقط إذا تم أخذ جاذبية الشمس في الاعتبار. لكن يجب على المرء أيضًا أن يأخذ في الاعتبار تأثير الكواكب الأخرى على كوكب متحرك ، على الرغم من أن هذه عوامل الجذب في النظام الشمسي صغيرة مقارنة بجاذبية الشمس.

يتبع قانون كبلر الثاني الاعتماد التعسفي لقوة الجذب على المسافة ، إذا كانت هذه القوة تعمل على طول خط مستقيم يربط بين مراكز الكوكب والشمس. لكن قوانين كبلر الأولى والثالثة تتحقق فقط من خلال قانون التناسب العكسي لقوى الجذب إلى مربع المسافة.

للحصول على قانون كبلر الثالث ، قام نيوتن ببساطة بدمج قوانين الحركة مع قانون الجاذبية العامة. بالنسبة لحالة المدارات الدائرية ، يمكن للمرء أن يجادل على النحو التالي: دع كوكبًا كتلته تساوي م يتحرك بسرعة v على طول دائرة نصف قطرها R حول الشمس ، كتلتها تساوي M. يمكن تنفيذ هذه الحركة فقط إذا كانت هناك قوة خارجية تؤثر على الكوكب F = mv 2 / R ، مما يخلق تسارعًا مركزيًا v 2 / R. افترض أن التجاذب بين الشمس والكوكب يخلق القوة اللازمة. ثم:

GMm / r 2 = mv 2 / R

والمسافة r بين m و M تساوي نصف قطر المدار R. لكن السرعة

حيث T هو الوقت الذي يستغرقه الكوكب لإحداث ثورة واحدة. ثم

للحصول على قانون كبلر الثالث ، تحتاج إلى نقل كل R و T إلى جانب واحد من المعادلة ، وجميع الكميات الأخرى إلى الجانب الآخر:

R 3 / T 2 \ u003d GM / 4 2

إذا انتقلنا الآن إلى كوكب آخر بنصف قطر مداري مختلف وفترة دوران مختلفة ، فإن النسبة الجديدة ستكون مرة أخرى مساوية لـ GM / 4 2 ؛ ستكون هذه القيمة هي نفسها لجميع الكواكب ، لأن G ثابت عالمي ، والكتلة M هي نفسها لجميع الكواكب التي تدور حول الشمس. وبالتالي ، فإن قيمة R 3 / T 2 ستكون هي نفسها لجميع الكواكب وفقًا لقانون كبلر الثالث. يسمح لك هذا الحساب بالحصول على القانون الثالث للمدارات الإهليلجية ، ولكن في هذه الحالة R هي متوسط ​​القيمة بين أكبر وأصغر مسافة من الكوكب من الشمس.

مسلحًا بأساليب رياضية قوية ومسترشدًا بالحدس الممتاز ، طبق نيوتن نظريته على عدد كبير من المشكلات التي يتضمنها مبادئفيما يتعلق بخصائص القمر والأرض والكواكب الأخرى وحركتها ، وكذلك الأجرام السماوية الأخرى: الأقمار الصناعية والمذنبات.

يمر القمر بالعديد من الاضطرابات التي تحيده عن حركة دائرية موحدة. بادئ ذي بدء ، يتحرك على طول شكل بيضاوي كيبلري ، في أحد بؤرة تركيزه الأرض ، مثل أي قمر صناعي. لكن هذا المدار يواجه اختلافات طفيفة بسبب جاذبية الشمس. في القمر الجديد ، يكون القمر أقرب إلى الشمس من اكتمال القمر ، والذي يظهر بعد أسبوعين ؛ وهذا يتسبب في تغيير الجاذبية مما يؤدي إلى تباطؤ وتسريع حركة القمر خلال الشهر. يزداد هذا التأثير عندما تكون الشمس أقرب في الشتاء ، لذلك يتم أيضًا ملاحظة التغيرات السنوية في سرعة القمر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التغيرات في جاذبية الشمس تغير من الانحراف في مدار القمر ؛ ينحرف مدار القمر لأعلى ولأسفل ، يدور مستوى المدار ببطء. وهكذا ، أظهر نيوتن أن المخالفات الملحوظة في حركة القمر ناتجة عن الجاذبية العامة. لم يطور مشكلة الجذب الشمسي بكل تفاصيلها ، فقد ظلت حركة القمر مشكلة معقدة يجري تطويرها بتفاصيل متزايدة حتى يومنا هذا.

ظل المد والجزر في المحيط منذ فترة طويلة لغزا ، والذي يبدو أنه يمكن تفسيره من خلال إقامة علاقته بحركة القمر. ومع ذلك ، اعتقد الناس أن مثل هذا الارتباط لا يمكن أن يكون موجودًا بالفعل ، وحتى جاليليو سخر من هذه الفكرة. أظهر نيوتن أن مد وجذر المد والجزر يرجع إلى التجاذب غير المتكافئ للمياه في المحيط من جانب القمر. لا يتطابق مركز المدار القمري مع مركز الأرض. يدور القمر والأرض معًا حول مركز كتلتهما المشترك. يقع مركز الكتلة هذا على بعد حوالي 4800 كيلومتر من مركز الأرض ، على بعد 1600 كيلومتر فقط من سطح الأرض. عندما تسحب الأرض القمر ، يسحب القمر الأرض بقوة متساوية ومعاكسة ، ونتيجة لذلك تنشأ القوة Mv 2 / r ، مما يتسبب في تحرك الأرض حول مركز مشترك للكتلة خلال فترة تساوي شهرًا واحدًا . ينجذب جزء المحيط الأقرب إلى القمر بقوة أكبر (وهو أقرب) ، وترتفع المياه - وينشأ المد. جزء المحيط الذي يقع على مسافة أكبر من القمر ينجذب إلى أضعف من الأرض ، وفي هذا الجزء من المحيط يرتفع أيضًا سنام مائي. لذلك ، هناك ارتفاعان في المد والجزر خلال 24 ساعة. تسبب الشمس أيضًا المد والجزر ، على الرغم من أنها ليست قوية جدًا ، لأن المسافة الكبيرة من الشمس تزيل تفاوت الجاذبية.

كشف نيوتن عن طبيعة المذنبات - هؤلاء ضيوف النظام الشمسي ، الذين أثاروا دائمًا الاهتمام وحتى الرعب المقدس. أظهر نيوتن أن المذنبات تتحرك في مدارات إهليلجية طويلة للغاية ، مع تركيز الشمس على الماء. يتم تحديد حركتهم ، مثل حركة الكواكب ، عن طريق الجاذبية. لكن حجمها صغير جدًا ، بحيث لا يمكن رؤيتها إلا عندما تمر بالقرب من الشمس. يمكن قياس المدار الإهليلجي للمذنب ، ويمكن التنبؤ بدقة بوقت عودته إلى منطقتنا. تسمح لنا عودتهم المنتظمة في التواريخ المتوقعة بالتحقق من ملاحظاتنا وتوفر تأكيدًا آخر لقانون الجاذبية الكونية.

في بعض الحالات ، يتعرض المذنب لاضطراب قوي في الجاذبية ، ويمر بالقرب من الكواكب الكبيرة ، وينتقل إلى مدار جديد بفترة مختلفة. هذا هو السبب في أننا نعلم أن المذنبات لها كتلة صغيرة: الكواكب تؤثر على حركتها ، والمذنبات لا تؤثر على حركة الكواكب ، على الرغم من أنها تؤثر عليها بنفس القوة.

تتحرك المذنبات بسرعة كبيرة ونادرًا ما تأتي حتى أن العلماء اليوم ينتظرون اللحظة التي يمكن فيها تطبيق الوسائل الحديثة على دراسة مذنب كبير.

إذا فكرت في الدور الذي تلعبه قوى الجاذبية في حياة كوكبنا ، فإن محيطات كاملة من الظواهر تنفتح ، وحتى المحيطات بالمعنى الحرفي للكلمة: محيطات الماء ، محيطات الهواء. بدون الجاذبية لم تكن لتوجد.

الجاذبية ، والمعروفة أيضًا باسم الجذب أو الجاذبية ، هي خاصية عالمية للمادة تمتلكها جميع الكائنات والأجسام في الكون. جوهر الجاذبية هو أن جميع الأجسام المادية تجذب إليها جميع الأجسام الأخرى الموجودة حولها.

الجاذبية

إذا كانت الجاذبية مفهومًا عامًا ونوعية تمتلكها جميع الكائنات في الكون ، فإن جاذبية الأرض هي حالة خاصة لهذه الظاهرة الشاملة. تجذب الأرض جميع الأشياء المادية الموجودة عليها. بفضل هذا ، يمكن للناس والحيوانات التحرك بأمان حول الأرض ، ويمكن للأنهار والبحار والمحيطات أن تبقى داخل شواطئها ، ولا يمكن للهواء أن يطير عبر مساحات شاسعة من الكون ، بل يشكل الغلاف الجوي لكوكبنا.

يطرح سؤال عادل: إذا كانت كل الأجسام لها جاذبية ، فلماذا تجذب الأرض الناس والحيوانات إليها وليس العكس؟ أولاً ، نحن أيضًا نجذب الأرض لأنفسنا ، إنه فقط بالمقارنة مع قوة جاذبيتها ، فإن جاذبيتنا لا تكاد تذكر. ثانيًا ، تتناسب قوة الجاذبية طرديًا مع كتلة الجسم: فكلما كانت كتلة الجسم أصغر ، انخفضت قوى الجاذبية.

المؤشر الثاني الذي تعتمد عليه قوة الجذب هو المسافة بين الأجسام: فكلما زادت المسافة ، قل تأثير الجاذبية. بما في ذلك بسبب هذا ، فإن الكواكب تتحرك في مداراتها ، ولا تسقط على بعضها البعض.

من الجدير بالذكر أن الأرض والقمر والشمس والكواكب الأخرى تدين بشكلها الكروي بقوة الجاذبية. إنه يعمل في اتجاه المركز ، ويسحب نحوه المادة التي تشكل "جسم" الكوكب.

مجال جاذبية الأرض

مجال الجاذبية للأرض هو مجال طاقة قوة يتشكل حول كوكبنا نتيجة عمل قوتين:

• الجاذبية؛
• قوة الطرد المركزي ، والتي يرجع ظهورها إلى دوران الأرض حول محورها (الدوران اليومي).

نظرًا لأن الجاذبية وقوة الطرد المركزي تعملان باستمرار ، فإن مجال الجاذبية هو أيضًا ظاهرة ثابتة.

قوى الجاذبية للشمس والقمر وبعض الأجرام السماوية الأخرى ، وكذلك كتل الغلاف الجوي للأرض ، لها تأثير ضئيل على المجال.

قانون الجاذبية والسير إسحاق نيوتن

وفقًا لأسطورة مشهورة ، كان الفيزيائي الإنجليزي السير إسحاق نيوتن يرى القمر في السماء. في نفس الوقت سقطت تفاحة من الفرع. كان نيوتن حينها يدرس قانون الحركة وعرف أن التفاحة تقع تحت تأثير مجال الجاذبية ، والقمر يدور في مدار حول الأرض.

ثم جاءت الفكرة إلى ذهن عالم لامع ، أضاءته البصيرة ، أن التفاحة ربما تسقط على الأرض ، وتطيع نفس القوة التي بسببها يكون القمر في مداره ، ولا يندفع بشكل عشوائي في جميع أنحاء المجرة. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف قانون الجاذبية الكونية ، المعروف أيضًا باسم قانون نيوتن الثالث.

بلغة الصيغ الرياضية ، يبدو هذا القانون كما يلي:

F=GMm / D2 ,

أين F- قوة الجاذبية المتبادلة بين جسدين ؛

م- كتلة الجسم الأول ؛

م- كتلة الجسم الثاني ؛

د 2- المسافة بين جثتين ؛

جي- ثابت الجاذبية ، يساوي 6.67 × 10 -11.

الجاذبية هي أقوى قوة في الكون ، وأحد الأسس الأربعة الأساسية للكون ، والتي تحدد بنيته. ذات مرة ، بفضلها ، نشأت الكواكب والنجوم والمجرات بأكملها. اليوم ، تحافظ على الأرض في مدارها في رحلتها التي لا تنتهي حول الشمس.

للانجذاب أهمية كبيرة في الحياة اليومية للشخص. بفضل هذه القوة غير المرئية ، تنبض محيطات عالمنا ، وتتدفق الأنهار ، وتسقط قطرات المطر على الأرض. منذ الطفولة نشعر بثقل أجسادنا والأشياء المحيطة. تأثير الجاذبية على نشاطنا الاقتصادي هائل أيضًا.

ابتكر إسحاق نيوتن أول نظرية للجاذبية في نهاية القرن السابع عشر. يصف قانونه للجاذبية الكونية هذا التفاعل في إطار الميكانيكا الكلاسيكية. تم وصف هذه الظاهرة على نطاق أوسع من قبل أينشتاين في نظريته العامة للنسبية ، والتي تم نشرها في بداية القرن الماضي. يجب تفسير العمليات التي تحدث بقوة الجاذبية على مستوى الجسيمات الأولية من خلال نظرية الكم للجاذبية ، ولكن لم يتم إنشاؤها بعد.

اليوم نعرف الكثير عن طبيعة الجاذبية أكثر مما كانت عليه في زمن نيوتن ، ولكن على الرغم من قرون من الدراسة ، لا تزال حجر عثرة حقيقيًا في الفيزياء الحديثة. هناك العديد من البقع البيضاء في نظرية الجاذبية الحالية ، وما زلنا لا نفهم بالضبط ما الذي يولدها ، وكيف يتم نقل هذا التفاعل. وبالطبع ، نحن بعيدون جدًا عن القدرة على التحكم في قوة الجاذبية ، لذا فإن مقاومة الجاذبية أو التحليق ستظل موجودة فقط على صفحات روايات الخيال العلمي لفترة طويلة قادمة.

ما الذي وقع على رأس نيوتن؟

لقد فكر الناس في طبيعة القوة التي تجذب الأشياء إلى الأرض في جميع الأوقات ، ولكن في القرن السابع عشر فقط تمكن إسحاق نيوتن من رفع حجاب السرية. تم وضع أساس اختراقه من خلال أعمال كبلر وجاليليو ، العلماء اللامعين الذين درسوا حركات الأجرام السماوية.

قبل قرن ونصف من قانون نيوتن للجاذبية العالمية ، اعتقد عالم الفلك البولندي كوبرنيكوس أن الجاذبية "... ليست أكثر من رغبة طبيعية منحها والد الكون لجميع الجسيمات ، أي الاتحاد في وحدة واحدة مشتركة ، تشكيل أجسام كروية ". من ناحية أخرى ، اعتبر ديكارت أن الانجذاب هو نتيجة الاضطرابات في العالم الأثير. كان الفيلسوف والعالم اليوناني أرسطو متأكدًا من أن الكتلة تؤثر على سرعة سقوط الأجسام. وفقط جاليليو جاليلي في نهاية القرن السادس عشر أثبت أن هذا ليس صحيحًا: إذا لم تكن هناك مقاومة للهواء ، فإن كل الأجسام تتسارع بالتساوي.

على عكس الأسطورة الشائعة حول الرأس والتفاح ، ذهب نيوتن لفهم طبيعة الجاذبية لأكثر من عشرين عامًا. يعد قانون الجاذبية الخاص به أحد أهم الاكتشافات العلمية في كل العصور. إنه عالمي ويسمح لك بحساب مسارات الأجرام السماوية ويصف بدقة سلوك الكائنات من حولنا. وضعت نظرية الجاذبية الكلاسيكية أسس الميكانيكا السماوية. أعطت قوانين نيوتن الثلاثة للعلماء الفرصة لاكتشاف كواكب جديدة حرفيًا "على رأس قلم" ، في النهاية ، بفضلهم ، كان الشخص قادرًا على التغلب على جاذبية الأرض والطيران إلى الفضاء. لقد لخصوا أساسًا علميًا صارمًا للمفهوم الفلسفي للوحدة المادية للكون ، حيث تترابط جميع الظواهر الطبيعية وتتحكم فيها قواعد فيزيائية مشتركة.

لم ينشر نيوتن فقط معادلة تسمح لك بحساب القوة التي تجذب الأجسام لبعضها البعض ، بل قام بإنشاء نموذج شامل ، والذي تضمن أيضًا تحليلًا رياضيًا. تم تأكيد هذه الاستنتاجات النظرية مرارًا وتكرارًا في الممارسة ، بما في ذلك بمساعدة أحدث الأساليب.

في النظرية النيوتونية ، يولد أي جسم مادي مجال جذب يسمى الجاذبية. علاوة على ذلك ، تتناسب القوة مع كتلة كلا الجسمين وتتناسب عكسياً مع المسافة بينهما:

F = (G م 1 م 2) / ص 2

G هو ثابت الجاذبية ، والذي يساوي 6.67 × 10−11 m³ / (kg · s²). كان هنري كافنديش أول من قام بحسابها في عام 1798.

في الحياة اليومية والتخصصات التطبيقية ، يتم الحديث عن القوة التي تسحب بها الأرض الجسم على أنها وزنه. إن التجاذب بين أي جسمين ماديين في الكون هو ما تمثله الجاذبية بكلمات بسيطة.

قوة الجذب هي الأضعف بين التفاعلات الأساسية الأربعة للفيزياء ، ولكن نظرًا لخصائصها ، فهي قادرة على تنظيم حركة الأنظمة النجمية والمجرات:

• يعمل الجذب على أي مسافة ، وهذا هو الفرق الرئيسي بين الجاذبية والتفاعل النووي القوي والضعيف. مع زيادة المسافة ، يقل تأثيرها ، لكنها لا تصبح أبدًا مساوية للصفر ، لذلك يمكننا القول أنه حتى ذرتين تقعان في نهايات مختلفة من المجرة تمارسان تأثيرًا متبادلًا. إنها صغيرة جدًا ؛
• الجاذبية عالمية. مجال الجذب متأصل في أي جسم مادي. لم يكتشف العلماء بعد شيئًا على كوكبنا أو في الفضاء لا يشارك في هذا النوع من التفاعل ، لذا فإن دور الجاذبية في حياة الكون هائل. في هذا ، يختلف الجاذبية عن التفاعل الكهرومغناطيسي ، الذي يكون تأثيره على العمليات الكونية ضئيلًا ، لأن معظم الأجسام في الطبيعة محايدة كهربائيًا. لا يمكن تقييد قوى الجاذبية أو حمايتها ؛
• لا تؤثر الجاذبية على المادة فحسب ، بل تؤثر أيضًا على الطاقة. بالنسبة له ، التركيب الكيميائي للأشياء لا يهم ، فقط كتلتها تلعب دورًا.

باستخدام الصيغة النيوتونية ، يمكن حساب قوة الجذب بسهولة. على سبيل المثال ، الجاذبية على القمر أقل بعدة مرات من الجاذبية على الأرض ، لأن قمرنا الصناعي له كتلة صغيرة نسبيًا. لكنها كافية لتشكيل المد والجزر المنتظم في المحيط العالمي. على الأرض ، يبلغ تسارع السقوط الحر حوالي 9.81 م / ث 2. علاوة على ذلك ، فهي أكبر إلى حد ما عند القطبين منها عند خط الاستواء.

على الرغم من الأهمية الكبيرة لمواصلة تطوير العلم ، فإن قوانين نيوتن بها عدد من نقاط الضعف التي تطارد الباحثين. لم يكن من الواضح كيف تعمل الجاذبية عبر مساحة فارغة تمامًا على مسافات شاسعة وبسرعة غير مفهومة. بالإضافة إلى ذلك ، بدأت البيانات تتراكم تدريجيًا بما يتعارض مع قوانين نيوتن: على سبيل المثال ، مفارقة الجاذبية أو إزاحة الحضيض الشمسي لعطارد. أصبح من الواضح أن نظرية الجاذبية العامة بحاجة إلى تحسين. وقع هذا الشرف على عالم الفيزياء الألماني اللامع ألبرت أينشتاين.

الجاذبية والنسبية

كان رفض نيوتن مناقشة طبيعة الجاذبية ("أنا لا أطرح أية فرضيات") ضعفًا واضحًا في مفهومه. ليس من المستغرب ظهور العديد من نظريات الجاذبية في السنوات التي تلت ذلك.

ينتمي معظمهم إلى ما يسمى بالنماذج الهيدروديناميكية ، والتي حاولت إثبات ظهور الجاذبية من خلال التفاعل الميكانيكي للأجسام المادية مع بعض المواد الوسيطة التي لها خصائص معينة. أطلق عليها الباحثون اسمًا مختلفًا: "الفراغ" ، "الأثير" ، "تدفق الجرافيتونات" ، إلخ. في هذه الحالة ، نشأت قوة الجذب بين الأجسام نتيجة لتغيير في هذه المادة ، عندما تمتصها الأجسام أو يتم فحصها يطفو. في الواقع ، كان لكل هذه النظريات عيبًا خطيرًا: التنبؤ الدقيق لاعتماد قوة الجاذبية على المسافة ، كان ينبغي أن تؤدي إلى تباطؤ الأجسام التي كانت تتحرك بالنسبة إلى "الأثير" أو "تدفق الجرافيتون".

تناول أينشتاين هذه القضية من زاوية مختلفة. في نظريته العامة للنسبية (GR) ، لا يُنظر إلى الجاذبية على أنها تفاعل بين القوى ، ولكن باعتبارها خاصية للزمكان نفسه. أي جسم له كتلة يتسبب في ثنيه ، مما يسبب الانجذاب. في هذه الحالة ، الجاذبية هي تأثير هندسي ، والذي يعتبر ضمن إطار الهندسة غير الإقليدية.

ببساطة ، تؤثر استمرارية الزمكان على المادة مسببة حركتها. وهذا بدوره يؤثر على الفضاء ، "يشير" إلى كيفية الانحناء.

تعمل قوى الجذب أيضًا في العالم المصغر ، ولكن على مستوى الجسيمات الأولية ، فإن تأثيرها ، مقارنة بالتفاعل الكهروستاتيكي ، لا يكاد يذكر. يعتقد الفيزيائيون أن تفاعل الجاذبية لم يكن أدنى من الباقي في اللحظات الأولى (10 -43 ثانية) بعد الانفجار العظيم.

في الوقت الحاضر ، يعتبر مفهوم الجاذبية ، المقترح في النظرية العامة للنسبية ، فرضية العمل الرئيسية التي قبلها غالبية المجتمع العلمي وأكدتها نتائج العديد من التجارب.

توقع أينشتاين في عمله التأثيرات المذهلة لقوى الجاذبية ، والتي تم تأكيد معظمها بالفعل. على سبيل المثال ، قدرة الأجسام الضخمة على ثني أشعة الضوء وحتى إبطاء مرور الوقت. تؤخذ هذه الظاهرة الأخيرة في الاعتبار بالضرورة في تشغيل أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية ، مثل GLONASS و GPS ، وإلا ، بعد أيام قليلة ، سيكون خطأها عشرات الكيلومترات.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن إحدى نتائج نظرية أينشتاين هي التأثيرات الخفية للجاذبية ، مثل المجال الجاذبية المغناطيسية وسحب الإطارات المرجعية بالقصور الذاتي (المعروف أيضًا باسم تأثير لينس-ثيرينج). إن مظاهر الجاذبية هذه ضعيفة لدرجة أنه لا يمكن اكتشافها لفترة طويلة. فقط في عام 2005 ، بفضل مهمة Gravity Probe B الفريدة التابعة لوكالة ناسا ، تم تأكيد تأثير Lense-Thirring.

إشعاع الجاذبية أو الاكتشاف الأساسي في السنوات الأخيرة

موجات الجاذبية هي تقلبات في التركيب الهندسي للزمكان والمكان التي تنتشر بسرعة الضوء. كما تنبأ أينشتاين بوجود هذه الظاهرة في النسبية العامة ، ولكن نظرًا لضعف قوة الجاذبية ، فإن حجمها صغير جدًا ، لذا لا يمكن اكتشافها لفترة طويلة. تحدثت الأدلة غير المباشرة فقط لصالح وجود الإشعاع.

تولد مثل هذه الموجات أي أجسام مادية تتحرك بتسارع غير متماثل. يصفها العلماء بأنها "تموجات الزمكان". أقوى مصادر هذا الإشعاع هي المجرات المتصادمة والأنظمة المنهارة المكونة من كائنين. مثال نموذجي للحالة الأخيرة هو اندماج الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية. في مثل هذه العمليات ، يمكن أن يمر إشعاع الجاذبية بأكثر من 50٪ من الكتلة الكلية للنظام.

تم اكتشاف موجات الجاذبية لأول مرة في عام 2015 بواسطة مرصدين ليجو. على الفور تقريبًا ، تلقى هذا الحدث مكانة أكبر اكتشاف في الفيزياء في العقود الأخيرة. في عام 2017 ، حصل على جائزة نوبل. بعد ذلك ، تمكن العلماء من اكتشاف إشعاع الجاذبية عدة مرات.

بالعودة إلى السبعينيات من القرن الماضي - قبل فترة طويلة من التأكيد التجريبي - اقترح العلماء استخدام إشعاع الجاذبية للاتصال لمسافات طويلة. ميزتها التي لا شك فيها هي قدرتها العالية على المرور عبر أي مادة دون أن يتم امتصاصها. لكن في الوقت الحاضر ، هذا بالكاد ممكن ، لأن هناك صعوبات كبيرة في توليد واستقبال هذه الموجات. نعم ، وما زلنا نفتقر إلى المعرفة الحقيقية الكافية حول طبيعة الجاذبية.

اليوم ، تعمل العديد من المنشآت المشابهة لـ LIGO في بلدان مختلفة من العالم ، ويتم بناء منشآت جديدة. من المحتمل أن نتعلم المزيد عن إشعاع الجاذبية في المستقبل القريب.

النظريات البديلة للجاذبية الكونية وأسباب إنشائها

حاليًا ، المفهوم السائد للجاذبية هو النسبية العامة. تتوافق المجموعة الكاملة الحالية من البيانات والملاحظات التجريبية معها. في الوقت نفسه ، لديها عدد كبير من نقاط الضعف الصريحة والنقاط الخلافية ، لذا فإن محاولات إنشاء نماذج جديدة تشرح طبيعة الجاذبية لا تتوقف.

يمكن تقسيم جميع نظريات الجاذبية العالمية التي تم تطويرها حتى الآن إلى عدة مجموعات رئيسية:

• اساسي؛
• لبديل؛
• الكم.
• نظرية المجال الموحد.

جرت محاولات إنشاء مفهوم جديد للجاذبية العالمية في وقت مبكر من القرن التاسع عشر. أدرج فيه مؤلفون مختلفون الأثير أو النظرية الجسيمية للضوء. لكن ظهور النسبية العامة وضع حدًا لهذه الأبحاث. بعد نشره ، تغير هدف العلماء - الآن كانت جهودهم تهدف إلى تحسين نموذج أينشتاين ، بما في ذلك الظواهر الطبيعية الجديدة فيه: دوران الجسيمات ، تمدد الكون ، إلخ.

بحلول بداية الثمانينيات ، رفض الفيزيائيون تجريبياً جميع المفاهيم ، باستثناء تلك التي تضمنت النسبية العامة كجزء لا يتجزأ. في هذا الوقت ، ظهرت "نظريات الأوتار" بشكل واعد للغاية. لكن لم يتم العثور على تأكيد تجريبي لهذه الفرضيات. على مدى العقود الماضية ، وصل العلم إلى مستويات عالية وتراكم مجموعة ضخمة من البيانات التجريبية. اليوم ، محاولات إنشاء نظريات بديلة للجاذبية مستوحاة بشكل أساسي من الدراسات الكونية المتعلقة بمفاهيم مثل "المادة المظلمة" ، "التضخم" ، "الطاقة المظلمة".

تتمثل إحدى المهام الرئيسية للفيزياء الحديثة في توحيد اتجاهين أساسيين: نظرية الكم والنسبية العامة. يسعى العلماء إلى ربط الجذب بأنواع أخرى من التفاعلات ، وبالتالي خلق "نظرية كل شيء". هذا هو بالضبط ما تفعله الجاذبية الكمومية ، فرع الفيزياء الذي يحاول إعطاء وصف كمي لتفاعل الجاذبية. فرع من هذا الاتجاه هو نظرية الجاذبية الحلقية.

على الرغم من الجهود النشطة وطويلة الأجل ، لم يتحقق هذا الهدف بعد. وهي ليست حتى تعقيد هذه المشكلة: إنها فقط نظرية الكم والنسبية العامة مبنيان على نماذج مختلفة تمامًا. تتعامل ميكانيكا الكم مع الأنظمة الفيزيائية التي تعمل على خلفية الزمكان العادي. وفي نظرية النسبية ، يعتبر الزمكان نفسه مكونًا ديناميكيًا يعتمد على معلمات الأنظمة الكلاسيكية الموجودة فيه.

إلى جانب الفرضيات العلمية للجاذبية الكونية ، هناك نظريات بعيدة جدًا عن الفيزياء الحديثة. لسوء الحظ ، في السنوات الأخيرة ، غمرت هذه "الأعمال الفنية" ببساطة الإنترنت ورفوف المكتبات. يخبر بعض مؤلفي مثل هذه الأعمال القارئ عمومًا أن الجاذبية غير موجودة ، وأن قوانين نيوتن وآينشتاين هي اختراعات وخدع.

ومن الأمثلة على ذلك عمل "العالم" نيكولاي ليفاشوف ، الذي يدعي أن نيوتن لم يكتشف قانون الجاذبية الكونية ، وأن الكواكب فقط وقمرنا القمر لهما قوة الجاذبية في النظام الشمسي. الأدلة التي قدمها هذا "العالم الروسي" غريبة نوعا ما. إحداها هي رحلة المسبار الأمريكي NEAR Shoemaker إلى الكويكب إيروس ، والتي حدثت في عام 2000. يعتبر ليفاشوف أن عدم وجود جاذبية بين المسبار والجسم السماوي دليل على زيف أعمال نيوتن ومؤامرة الفيزيائيين الذين يخفون حقيقة الجاذبية عن الناس.

في الواقع ، أكملت المركبة الفضائية مهمتها بنجاح: أولاً ، دخلت مدار الكويكب ، ثم هبطت بسلاسة على سطحه.

الجاذبية الاصطناعية وما الغرض منه

هناك مفهومان مرتبطان بالجاذبية ، على الرغم من وضعها النظري الحالي ، إلا أنهما معروفان جيدًا لعامة الناس. هذه هي مضاد للجاذبية والجاذبية الاصطناعية.

مضاد الجاذبية هو عملية مواجهة قوة الجذب ، والتي يمكن أن تقللها بشكل كبير أو حتى تحل محلها بالتنافر. سيؤدي إتقان هذه التكنولوجيا إلى ثورة حقيقية في النقل والطيران واستكشاف الفضاء وتغيير حياتنا بالكامل بشكل جذري. لكن في الوقت الحالي ، لا يوجد حتى تأكيد نظري لإمكانية الجاذبية المضادة. علاوة على ذلك ، انطلاقًا من النسبية العامة ، فإن مثل هذه الظاهرة غير ممكنة على الإطلاق ، حيث لا يمكن أن تكون هناك كتلة سالبة في كوننا. من الممكن أن نتعلم في المستقبل المزيد عن الجاذبية وأن نتعلم كيفية بناء الطائرات بناءً على هذا المبدأ.

الجاذبية الاصطناعية هي تغيير من صنع الإنسان في قوة الجاذبية الحالية. اليوم ، لا نحتاج حقًا إلى مثل هذه التكنولوجيا ، لكن الوضع سيتغير بالتأكيد بعد بدء السفر الفضائي طويل المدى. ويتعلق الأمر بعلم وظائف الأعضاء لدينا. إن جسم الإنسان ، "الذي اعتاد" ملايين السنين من التطور على الجاذبية المستمرة للأرض ، يدرك تأثير الجاذبية المنخفضة بشكل سلبي للغاية. يمكن أن تؤدي الإقامة الطويلة حتى في ظروف الجاذبية القمرية (أضعف بست مرات من الأرض) إلى عواقب وخيمة. يمكن إنشاء وهم الجذب باستخدام قوى جسدية أخرى ، مثل القصور الذاتي. ومع ذلك ، فإن هذه الخيارات معقدة ومكلفة. في الوقت الحالي ، ليس للجاذبية الاصطناعية حتى مبررات نظرية ، فمن الواضح أن تنفيذها العملي المحتمل هو مسألة مستقبل بعيد جدًا.

الجاذبية مفهوم معروف للجميع منذ المدرسة. يبدو أنه كان يجب على العلماء التحقيق بدقة في هذه الظاهرة! لكن الجاذبية تظل اللغز الأعمق للعلم الحديث. ويمكن أن يسمى هذا مثالًا ممتازًا على مدى محدودية المعرفة البشرية حول عالمنا الواسع والرائع.

إذا كان لديك أي أسئلة - اتركها في التعليقات أسفل المقالة. سنكون سعداء نحن أو زوارنا بالرد عليهم.

نحن نعيش على الأرض ، ونتحرك على طول سطحها ، كما لو كان على طول حافة جرف صخري يرتفع فوق هاوية لا قاع لها. نحن على حافة الهاوية هذه فقط من خلال ما يؤثر علينا. جاذبية الأرض؛ نحن لا نسقط من على سطح الأرض لمجرد أن لدينا ، كما يقولون ، بعض الوزن المعين. سنطير على الفور من هذا "الجرف" ونطير بسرعة إلى هاوية الفضاء إذا توقفت قوة الجاذبية على كوكبنا فجأة عن العمل. كنا نندفع إلى ما لا نهاية في هاوية الفضاء العالمي ، ولا نعرف لا لأعلى ولا لأسفل.

حركة الأرض

له الحركة على الأرضنحن أيضًا مدينون للجاذبية. نسير على الأرض ونتغلب باستمرار على مقاومة هذه القوة ، نشعر بعملها ، مثل بعض الأحمال الثقيلة على أقدامنا. هذا "الحمل" يجعل نفسه محسوسًا بشكل خاص عند تسلق جبل ، عندما تضطر إلى جره ، مثل نوع من الأوزان الثقيلة التي تتدلى من قدميك. لا يقل تأثيره بشكل حاد عند نزول الجبل ، مما يجبرنا على الإسراع بخطواتنا. التغلب على قوة الجاذبية عند التحرك على الأرض. هذه الاتجاهات - "لأعلى" و "لأسفل" - يتم توضيحها لنا فقط عن طريق الجاذبية. في جميع النقاط الموجودة على سطح الأرض ، يتم توجيهها تقريبًا إلى مركز الأرض. لذلك ، فإن مفهومي "القاع" و "الأعلى" سيكونان متعارضين تمامًا مع ما يسمى الأضداد ، أي الأشخاص الذين يعيشون على أجزاء متقابلة تمامًا من سطح الأرض. على سبيل المثال ، الاتجاه الذي يظهر "أسفل" بالنسبة لأولئك الذين يعيشون في موسكو ، بالنسبة لسكان تييرا ديل فويغو يظهر "لأعلى". الاتجاهات التي تظهر "لأسفل" للأشخاص عند القطب وعند خط الاستواء تصنع زاوية قائمة ؛ هم عموديون على بعضهم البعض. خارج الأرض ، عند الابتعاد عنها ، تقل قوة الجاذبية ، حيث تقل قوة الجاذبية (قوة جاذبية الأرض ، مثل أي جسم عالمي آخر ، تمتد إلى أجل غير مسمى بعيدًا في الفضاء) وتزداد قوة الطرد المركزي مما يقلل من قوة الجاذبية. لذلك ، كلما رفعنا بعض الحمل ، على سبيل المثال ، في بالون ، قل وزن هذا الحمل.

قوة الطرد المركزي للأرض

بسبب الدوران النهاري ، قوة الطرد المركزي للأرض. تعمل هذه القوة في كل مكان على سطح الأرض في اتجاه عمودي على محور الأرض وبعيدًا عنه. قوة الطرد المركزيصغير مقارنة بـ الجاذبية. عند خط الاستواء ، تصل إلى أكبر قيمة لها. ولكن حتى هنا ، وفقًا لحسابات نيوتن ، فإن قوة الطرد المركزي هي فقط 1/289 من قوة الجذب. كلما ابتعد الشمال عن خط الاستواء ، قلت قوة الطرد المركزي. في القطب ذاته هو صفر.
عمل قوة الطرد المركزي للأرض. في بعض الارتفاع قوة الطرد المركزيستزداد كثيرًا بحيث تكون مساوية لقوة الجذب ، وستصبح قوة الجاذبية أولاً مساوية للصفر ، وبعد ذلك ، مع زيادة المسافة من الأرض ، ستأخذ قيمة سالبة وستزداد باستمرار ، يتم توجيهها في الاتجاه المعاكس فيما يتعلق بالأرض.

الجاذبية

تسمى القوة الناتجة لجذب الأرض وقوة الطرد المركزي الجاذبية. ستكون قوة الجاذبية في جميع النقاط على سطح الأرض هي نفسها إذا كانت الكرة دقيقة ومنتظمة تمامًا ، وإذا كانت كتلتها بنفس الكثافة في كل مكان ، وأخيراً ، إذا لم يكن هناك دوران يومي حول المحور. ولكن ، بما أن أرضنا ليست كرة عادية ، فهي لا تتكون في جميع أجزائها من الصخور بنفس الكثافة وتدور طوال الوقت ، لذلك ، تختلف الجاذبية قليلاً عند كل نقطة على سطح الأرض. لذلك ، في كل نقطة على سطح الأرض يعتمد حجم الجاذبية على مقدار قوة الطرد المركزي التي تقلل من قوة الجذب ، على كثافة صخور الأرض والمسافة من مركز الأرض. كلما زادت هذه المسافة ، قلت الجاذبية. يعتبر نصف قطر الأرض ، الذي يقع في أحد طرفيه مقابل خط الاستواء ، الأكبر. إن أنصاف الأقطار التي تكون نقطة القطب الشمالي أو الجنوبي هي الأصغر. لذلك ، فإن جميع الأجسام عند خط الاستواء أقل جاذبية (وزنًا أقل) منها عند القطب. ومن المعروف أن تكون الجاذبية عند القطب أكبر منها عند خط الاستواء بمقدار 1/289. يمكن إيجاد هذا الاختلاف في جاذبية نفس الأجسام عند خط الاستواء والقطب من خلال وزنها بميزان زنبركي. إذا قمنا بوزن الأجسام بمقاييس بأوزان ، فلن نلاحظ هذا الاختلاف. سيظهر الميزان نفس الوزن عند القطب وعند خط الاستواء ؛ الأوزان ، مثل الأجسام التي يتم وزنها ، ستتغير بالطبع أيضًا في الوزن.
مقياس الربيع كطريقة لقياس الجاذبية عند خط الاستواء والقطب. لنفترض أن السفينة التي تحمل حمولة تزن في المناطق القطبية ، بالقرب من القطب ، حوالي 289 ألف طن. عند الوصول إلى الموانئ القريبة من خط الاستواء ، تزن السفينة التي تحمل حمولة حوالي 288 ألف طن فقط. وهكذا ، عند خط الاستواء ، فقدت السفينة حوالي ألف طن من الوزن. يتم الاحتفاظ بجميع الأجسام على سطح الأرض فقط بسبب تأثير الجاذبية عليها. في الصباح ، عند النهوض من السرير ، لا يمكنك إنزال قدميك على الأرض فقط لأن هذه القوة تسحبها إلى أسفل.

الجاذبية داخل الأرض

دعونا نرى كيف يتغير الجاذبية داخل الأرض. كلما تعمقنا في الأرض ، تزداد قوة الجاذبية باستمرار حتى عمق معين. على عمق حوالي ألف كيلومتر ، سيكون للجاذبية قيمة قصوى (أعظم) وستزيد مقارنة بمتوسط ​​قيمتها على سطح الأرض (9.81 م / ث) بحوالي خمسة بالمائة. مع مزيد من التعمق ، ستنخفض قوة الجاذبية باستمرار وستكون في مركز الأرض صفرًا.

افتراضات بخصوص دوران الأرض

ملكنا الأرض تدوريقوم بعمل ثورة كاملة على محوره خلال 24 ساعة. من المعروف أن قوة الطرد المركزي تزداد بما يتناسب مع مربع السرعة الزاوية. لذلك ، إذا عجلت الأرض من دورانها حول محورها 17 مرة ، فإن قوة الطرد المركزي ستزداد 17 ضعفًا مربعًا ، أي 289 مرة. في الظروف العادية ، كما ذكرنا سابقًا ، تكون قوة الطرد المركزي عند خط الاستواء 1/289 من قوة الجاذبية. مع زيادة 17 مرة من قوة الجذب وقوة الطرد المركزي متساوية. ستكون قوة الجاذبية - الناتجة عن هاتين القوتين - مع مثل هذه الزيادة في سرعة الدوران المحوري للأرض مساوية للصفر.
قيمة قوة الطرد المركزي أثناء دوران الأرض. تسمى سرعة دوران الأرض حول محورها بالحرجة ، لأنه في مثل هذه السرعة لدوران كوكبنا ، ستفقد جميع الأجسام عند خط الاستواء وزنها. ستكون مدة اليوم في هذه الحالة الحرجة حوالي ساعة و 25 دقيقة. مع زيادة تسارع دوران الأرض ، ستفقد جميع الأجسام (بشكل أساسي عند خط الاستواء) وزنها أولاً ، ثم يتم إلقاؤها في الفضاء بواسطة قوة الطرد المركزي ، وستتمزق الأرض نفسها بنفس القوة. سيكون استنتاجنا صحيحًا إذا كانت الأرض جسمًا صلبًا تمامًا ، وعند تسريع حركتها الدورانية ، لن تغير شكلها ، بمعنى آخر ، إذا احتفظ نصف قطر خط الاستواء بقيمته. لكن من المعروف أنه مع تسارع دوران الأرض ، سيتعين على سطحه أن يخضع لبعض التشوه: سيبدأ في الانكماش في اتجاه القطبين والتوسع في اتجاه خط الاستواء ؛ سوف يأخذ مظهرًا مسطحًا أكثر فأكثر. سيبدأ بعد ذلك طول نصف قطر خط الاستواء في الزيادة وبالتالي زيادة قوة الطرد المركزي. وهكذا ، ستفقد الأجسام عند خط الاستواء وزنها قبل أن تزداد سرعة دوران الأرض بمقدار 17 مرة ، وستأتي الكارثة مع الأرض قبل اليوم وستقلل مدتها إلى ساعة و 25 دقيقة. بعبارة أخرى ، ستكون السرعة الحرجة لدوران الأرض أقل إلى حد ما ، وسيكون الحد الأقصى لطول اليوم أطول إلى حد ما. تخيل عقليًا أن سرعة دوران الأرض ، بسبب بعض الأسباب غير المعروفة ، ستقترب من السرعة الحرجة. ماذا سيحدث بعد ذلك لسكان الأرض؟ بادئ ذي بدء ، سيكون اليوم في كل مكان على الأرض ، على سبيل المثال ، حوالي ساعتين أو ثلاث ساعات. الليل والنهار سوف يتغيران بسرعة. الشمس ، كما في القبة السماوية ، ستتحرك بسرعة كبيرة عبر السماء ، وبمجرد أن تستيقظ وتغتسل ، ستختفي بالفعل خلف الأفق ، وسيأتي الليل ليحل محله. لن يتنقل الأشخاص بدقة في الوقت المناسب. لن يعرف أحد ما هو اليوم من الشهر وأي يوم من أيام الأسبوع هو. ستكون الحياة البشرية الطبيعية غير منظمة. ستتباطأ ساعات البندول ثم تتوقف في كل مكان. إنهم يمشون لأن الجاذبية تؤثر عليهم. في الواقع ، في حياتنا اليومية ، عندما يبدأ "المشاة" في التخلف أو الاندفاع ، فمن الضروري تقصير أو إطالة بندولهم ، أو حتى تعليق بعض الوزن الإضافي على البندول. ستفقد الأجسام عند خط الاستواء وزنها. في ظل هذه الظروف الخيالية ، سيكون من السهل رفع الأجسام الثقيلة جدًا. لن يكون من الصعب تحمل حصان أو فيل أو حتى رفع منزل بأكمله. سوف تفقد الطيور قدرتها على الهبوط. هنا قطيع من العصافير يدور فوق حوض بالماء. إنهم يغردون بصوت عالٍ ، لكنهم غير قادرين على النزول. حفنة من الحبوب التي ألقاها من قبله ستتدلى على الأرض في حبيبات منفصلة. دعنا ، علاوة على ذلك ، سرعة دوران الأرض تقترب أكثر فأكثر من السرعة الحاسمة. كوكبنا مشوه بشدة ويأخذ مظهرًا مسطحًا بشكل متزايد. يتم تشبيهه بدوار دائري سريع الدوران ويهدد بالتخلص من سكانه. عندئذٍ ستتوقف الأنهار عن التدفق. ستكون مستنقعات طويلة راكدة. بالكاد تلامس سفن المحيط الضخمة سطح الماء بقيعانها ، ولن تتمكن الغواصات من الغوص في أعماق البحار ، وستسبح الأسماك والحيوانات البحرية على سطح البحار والمحيطات ، ولن يعودوا قادرين على ذلك. للاختباء في أعماق البحر. لن يتمكن البحارة بعد الآن من الرسو ، ولن يمتلكوا دفة سفنهم بعد الآن ، وستقف السفن الكبيرة والصغيرة بلا حراك. هذه صورة خيالية أخرى. قطار سكة حديد الركاب يقف في المحطة. تم إطلاق الصافرة بالفعل ؛ يجب أن يغادر القطار. اتخذ السائق جميع الإجراءات اللازمة. يقوم الموقد بإلقاء الفحم بسخاء في الفرن. شرارات كبيرة تتطاير من مدخنة قاطرة بخارية. العجلات تدور بشكل يائس. لكن القاطرة لا تزال قائمة. عجلاته لا تلمس القضبان ولا يوجد احتكاك بينها. ستأتي اللحظة التي لن يتمكن فيها الناس من النزول إلى الأرض ؛ سوف يلتصقون بالسقف كالذباب. دع سرعة دوران الأرض تستمر في الزيادة. قوة الطرد المركزي تتفوق أكثر فأكثر في حجمها على قوة الجاذبية ... ثم يتم إلقاء الناس والحيوانات والأدوات المنزلية والمنازل وجميع الكائنات على الأرض وعالمها الحيواني بأكمله في الفضاء العالمي. ستنفصل القارة الأسترالية عن الأرض وتتدلى في الفضاء مثل سحابة سوداء هائلة. سوف تطير إفريقيا في أعماق الهاوية الصامتة ، بعيدًا عن الأرض. ستتحول مياه المحيط الهندي إلى عدد كبير من القطرات الكروية وستطير أيضًا إلى مسافات لا حدود لها. البحر الأبيض المتوسط ​​، قبل أن يتاح له الوقت ليتحول إلى تراكمات عملاقة من القطرات ، سينفصل عن القاع بكامل سمكه المائي ، بحيث يمكن المرور بحرية من نابولي إلى الجزائر العاصمة. أخيرًا ، ستزداد سرعة الدوران كثيرًا ، وستزداد قوة الطرد المركزي كثيرًا بحيث يتمزق الأرض بأكملها. ومع ذلك ، هذا لا يمكن أن يحدث أيضا. سرعة دوران الأرض ، كما قلنا أعلاه ، لا تزيد ، بل على العكس من ذلك ، تتناقص قليلاً - ومع ذلك ، فهي صغيرة جدًا ، كما نعلم بالفعل ، في غضون 50 ألف عام تزداد مدة اليوم. ثانية واحدة فقط. بعبارة أخرى ، تدور الأرض الآن بهذه السرعة الضرورية لتزدهر نباتات وحيوانات كوكبنا تحت أشعة الشمس التي تمنح الحياة للسعرات الحرارية لآلاف السنين.

قيمة الاحتكاك

دعونا نرى الآن ماذا الاحتكاك مهموماذا سيحدث لو لم يكن هناك. من المعروف أن الاحتكاك له تأثير ضار على ملابسنا: فالمعاطف تتلف الأكمام أولاً ، وتضع نعل الأحذية ، لأن الأكمام والنعل أكثر عرضة للاحتكاك. لكن تخيل للحظة أن سطح كوكبنا كان ، كما كان ، مصقولًا جيدًا وسلسًا تمامًا ، وستستبعد إمكانية الاحتكاك. هل يمكننا السير على مثل هذا السطح؟ بالطبع لا. يعلم الجميع أنه حتى على الجليد وعلى الأرض المحترقة ، من الصعب جدًا المشي وعليك توخي الحذر حتى لا تسقط. لكن سطح الجليد والأرضية المفككة لا يزالان بهما بعض الاحتكاك.
قوة الاحتكاك على الجليد. إذا اختفت قوة الاحتكاك على سطح الأرض ، فستسود فوضى لا توصف على كوكبنا إلى الأبد. إذا لم يكن هناك احتكاك ، سيهيج البحر إلى الأبد ولن تهدأ العاصفة أبدًا. لن تتوقف الأعاصير الرملية عن التعلق فوق الأرض ، وسوف تهب الرياح باستمرار. سوف تختلط الأصوات اللحنية للبيانو والكمان والزئير الرهيب للحيوانات المفترسة وتنتشر في الهواء إلى ما لا نهاية. في غياب الاحتكاك ، لن يتوقف الجسم المتحرك أبدًا. على سطح الأرض الأملس تمامًا ، ستختلط الأجسام والأشياء المختلفة إلى الأبد في مجموعة متنوعة من الاتجاهات. سيكون الأمر سخيفًا ومأساويًا هو عالم الأرض ، إذا لم يكن هناك احتكاك وجاذبية للأرض.

قال أوبي وان كينوبي إن القوة تبقي المجرة متماسكة. يمكن قول الشيء نفسه عن الجاذبية. الحقيقة هي أن الجاذبية تسمح لنا بالسير على الأرض ، والأرض تدور حول الشمس ، والشمس تدور حول الثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا. كيف نفهم الجاذبية؟ حول هذا - في مقالتنا.

دعنا نقول على الفور أنك لن تجد هنا إجابة صحيحة لا لبس فيها على السؤال "ما هي الجاذبية". لأنه فقط غير موجود! الجاذبية هي واحدة من أكثر الظواهر الغامضة التي يحير العلماء بشأنها ولا يزالون غير قادرين على تفسير طبيعتها بشكل كامل.

هناك العديد من الفرضيات والآراء. هناك أكثر من اثنتي عشرة نظرية عن الجاذبية ، بديلة وكلاسيكية. سننظر في الأكثر إثارة للاهتمام وذات الصلة والحديثة.

هل تريد المزيد من المعلومات المفيدة والأخبار الجديدة كل يوم؟ انضم إلينا على برقية.

الجاذبية هي تفاعل أساسي فيزيائي

هناك 4 تفاعلات أساسية في الفيزياء. بفضلهم ، فإن العالم هو بالضبط كما هو. الجاذبية هي إحدى هذه القوى.

التفاعلات الأساسية:

• الجاذبية؛
• الكهرومغناطيسية.
• تفاعل قوي
• تفاعل ضعيف.

الجاذبية هي أضعف القوى الأساسية الأربعة.

في الوقت الحالي ، النظرية الحالية التي تصف الجاذبية هي GR (النسبية العامة). اقترحه ألبرت أينشتاين في 1915-1916.

ومع ذلك ، فإننا نعلم أنه من السابق لأوانه الحديث عن الحقيقة المطلقة. بعد كل شيء ، قبل عدة قرون من ظهور النسبية العامة في الفيزياء ، سادت نظرية نيوتن ، التي توسعت بشكل كبير ، لوصف الجاذبية.

في الوقت الحالي ، من المستحيل شرح ووصف جميع القضايا المتعلقة بالجاذبية في إطار النسبية العامة.

قبل نيوتن ، كان يعتقد على نطاق واسع أن الجاذبية الأرضية والجاذبية السماوية شيئان مختلفان. كان يعتقد أن الكواكب تتحرك وفقًا لقوانينها الخاصة ، والتي تختلف عن قوانين الأرض المثالية.

اكتشف نيوتن قانون الجاذبية الكونية عام 1667. بالطبع ، كان هذا القانون موجودًا حتى أثناء الديناصورات وقبل ذلك بكثير.

فكر الفلاسفة القدماء في وجود الجاذبية. قام جاليليو بحساب تسارع السقوط الحر على الأرض بشكل تجريبي ، واكتشف أنه هو نفسه بالنسبة للأجسام من أي كتلة. درس كبلر قوانين حركة الأجرام السماوية.

كان نيوتن قادرًا على صياغة وتعميم نتائج الملاحظات. هذا ما حصل عليه:

ينجذب جسمان لبعضهما البعض بقوة تسمى قوة الجاذبية أو قوة الجاذبية.

صيغة قوة التجاذب بين الأجسام هي:

G هو ثابت الجاذبية ، و m كتلة الأجسام ، و r هي المسافة بين مراكز كتلة الأجسام.

ما المعنى المادي لثابت الجاذبية؟ وهي تساوي القوة التي تؤثر بها الأجسام التي يبلغ وزن كل منها كيلوجرامًا واحدًا على الأخرى ، على مسافة متر واحد من بعضها البعض.

وفقًا لنظرية نيوتن ، فإن كل جسم يخلق مجال جاذبية. تم اختبار دقة قانون نيوتن على مسافات تقل عن سنتيمتر واحد. بالطبع ، بالنسبة للجماهير الصغيرة ، هذه القوى غير ذات أهمية ويمكن إهمالها.

صيغة نيوتن قابلة للتطبيق على حد سواء لحساب قوة جذب الكواكب للشمس ، وكذلك للأجسام الصغيرة. نحن ببساطة لا نلاحظ القوة التي ، على سبيل المثال ، تنجذب بها الكرات الموجودة على طاولة البلياردو. ومع ذلك ، فإن هذه القوة موجودة ويمكن حسابها.

تعمل قوة الجذب بين أي أجسام في الكون. يمتد تأثيره إلى أي مسافة.

لا يشرح قانون نيوتن للجاذبية الكونية طبيعة قوة الجاذبية ، ولكنه يحدد الأنماط الكمية. لا تتعارض نظرية نيوتن مع النسبية العامة. إنه كافٍ تمامًا لحل المشكلات العملية على مقياس الأرض ولحساب حركة الأجرام السماوية.

الجاذبية في النسبية العامة

على الرغم من حقيقة أن نظرية نيوتن قابلة للتطبيق تمامًا في الممارسة ، إلا أن لديها عددًا من أوجه القصور. قانون الجاذبية الكونية هو وصف رياضي ، لكنه لا يعطي فكرة عن الطبيعة الفيزيائية الأساسية للأشياء.

وفقًا لنيوتن ، فإن قوة الجذب تعمل على أي مسافة. وهو يعمل على الفور. بالنظر إلى أن أسرع سرعة في العالم هي سرعة الضوء ، فهناك تناقض. كيف يمكن للجاذبية أن تعمل لحظية على أي مسافة ، في حين أن الضوء لا يحتاج إلى لحظة بل عدة ثوان أو حتى سنوات للتغلب عليها؟

في إطار النسبية العامة ، لا تعتبر الجاذبية كقوة تؤثر على الأجسام ، ولكن باعتبارها انحناءًا للمكان والزمان تحت تأثير الكتلة. وبالتالي ، فإن الجاذبية ليست تفاعل قوة.

ما هو تأثير الجاذبية؟ دعنا نحاول وصفه باستخدام القياس.

تخيل المساحة كملاءة مرنة. إذا وضعت كرة تنس خفيفة عليها ، فسيظل السطح مسطحًا. لكن إذا وضعت وزنًا ثقيلًا بجانب الكرة ، فسوف تضغط على ثقب في السطح ، وستبدأ الكرة في التدحرج نحو الوزن الكبير والثقيل. هذا هو "الجاذبية".

على فكرة! بالنسبة لقرائنا ، يوجد الآن خصم 10٪ على أي نوع من العمل

اكتشاف موجات الجاذبية

تنبأ ألبرت أينشتاين بموجات الجاذبية في عام 1916 ، ولكن تم اكتشافها بعد مائة عام فقط ، في عام 2015.

ما هي موجات الجاذبية؟ لنرسم تشبيهًا مرة أخرى. إذا رميت حجرًا في ماء هادئ ، ستنتقل الدوائر على سطح الماء من مكان سقوطه. موجات الجاذبية هي نفس التموجات والاضطرابات. ليس فقط على الماء ، ولكن في الزمكان في العالم.

بدلاً من الماء - الزمكان ، وبدلاً من الحجر ، على سبيل المثال ، ثقب أسود. أي حركة متسارعة للكتلة تولد موجة جاذبية. إذا كانت الأجسام في حالة سقوط حر ، فإن المسافة بينهما ستتغير عندما تمر موجة الجاذبية.

نظرًا لأن الجاذبية قوة ضعيفة جدًا ، فقد ارتبط اكتشاف موجات الجاذبية بصعوبات فنية كبيرة. جعلت التقنيات الحديثة من الممكن اكتشاف موجة من موجات الجاذبية فقط من المصادر فائقة الكتلة.

يعتبر اندماج الثقوب السوداء من الأحداث المناسبة لتسجيل موجة الجاذبية. لسوء الحظ أو لحسن الحظ ، نادرًا ما يحدث هذا. ومع ذلك ، تمكن العلماء من تسجيل موجة تدحرجت حرفياً عبر فضاء الكون.

لتسجيل موجات الجاذبية ، تم بناء كاشف بقطر 4 كيلومترات. أثناء مرور الموجة ، تم تسجيل اهتزازات المرايا على المعلقات في الفراغ وتداخل الضوء المنعكس منها.

أكدت موجات الجاذبية صحة النسبية العامة.

الجاذبية والجسيمات الأولية

في النموذج القياسي ، تكون بعض الجسيمات الأولية مسؤولة عن كل تفاعل. يمكننا القول أن الجسيمات حاملة للتفاعلات.

الجرافيتون مسؤول عن الجاذبية - جسيم افتراضي عديم الكتلة مع الطاقة. بالمناسبة ، في مادتنا المنفصلة ، اقرأ المزيد عن بوزون هيغز والجسيمات الأولية الأخرى التي أحدثت الكثير من الضوضاء.

أخيرًا ، إليك بعض الحقائق المثيرة للاهتمام حول الجاذبية.

عشر حقائق عن الجاذبية

1. للتغلب على قوة الجاذبية الأرضية ، يجب أن تكون سرعة الجسم تساوي 7.91 كم / ثانية. هذه هي السرعة الكونية الأولى. يكفي أن يتحرك جسم (على سبيل المثال ، مسبار فضائي) في مدار حول الكوكب.
2. للهروب من مجال الجاذبية الأرضية ، يجب أن تكون سرعة المركبة الفضائية 11.2 كم / ثانية على الأقل. هذه هي السرعة الفضائية الثانية.
3. الأجسام ذات الجاذبية الأقوى هي الثقوب السوداء. جاذبيتها قوية لدرجة أنها تجذب الضوء (الفوتونات).
4. لن تجد قوة الجاذبية في أي معادلة لميكانيكا الكم. الحقيقة هي أنه عندما تحاول تضمين الجاذبية في المعادلات ، فإنها تفقد أهميتها. هذه واحدة من أهم المشاكل في الفيزياء الحديثة.
5. تأتي كلمة الجاذبية من الكلمة اللاتينية "gravis" ، والتي تعني "ثقيل".
6. كلما زاد حجم الجسم ، زادت قوة الجاذبية. إذا كان شخص يزن 60 كيلوجرامًا على الأرض يزن كوكب المشتري ، فستظهر المقاييس 142 كيلوجرامًا.
7. يحاول علماء ناسا تطوير حزمة جاذبية تسمح بتحريك الأجسام دون تلامس ، متغلبًا على قوة الجاذبية.
8. كما يعاني رواد الفضاء في المدار من الجاذبية. وبشكل أكثر تحديدًا ، الجاذبية الصغرى. يبدو أنهم يسقطون إلى ما لا نهاية مع السفينة التي هم فيها.
9. تجذب الجاذبية دائمًا ولا تتنافر أبدًا.
10. يسحب ثقب أسود بحجم كرة التنس الأشياء بنفس قوة كوكبنا.

الآن أنت تعرف تعريف الجاذبية ويمكنك تحديد الصيغة المستخدمة لحساب قوة الجذب. إذا كان جرانيت العلم يثقل كاهلك أكثر من الجاذبية ، فاتصل بخدمة الطلاب لدينا. سنساعدك على التعلم بسهولة تحت أعباء العمل الثقيلة!