Nguvu ya mvuto ni nini katika ufafanuzi wa fizikia. Mvuto na nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote

Miinuko ambayo satelaiti bandia husogea tayari inalinganishwa na eneo la Dunia, kwa hivyo kuhesabu trajectory yao, kwa kuzingatia mabadiliko ya nguvu ya mvuto na umbali unaoongezeka ni muhimu kabisa.

Kwa hivyo, Galileo alisema kwamba miili yote iliyotolewa kutoka kwa urefu fulani karibu na uso wa Dunia itaanguka kwa kasi sawa. g (ikiwa tunapuuza upinzani wa hewa). Nguvu inayosababisha kuongeza kasi hii inaitwa mvuto. Hebu tuitumie sheria ya pili ya Newton kwenye mvuto, tukizingatia kama kuongeza kasi a kuongeza kasi ya mvuto g . Kwa hivyo, nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye mwili inaweza kuandikwa kama:

F g =mg

Nguvu hii inaelekezwa chini kuelekea katikati ya Dunia.

Kwa sababu katika mfumo wa SI g = 9.8 , basi nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye mwili wenye uzito wa kilo 1 ni.

Hebu tutumie fomula ya sheria ya uvutano wa ulimwengu wote kuelezea nguvu ya mvuto - nguvu ya mvuto kati ya dunia na mwili ulio juu ya uso wake. Kisha m 1 itabadilishwa na wingi wa Dunia m 3, na r kwa umbali wa katikati ya Dunia, i.e. kwa eneo la dunia r 3. Kwa hivyo tunapata:

Ambapo m ni wingi wa mwili ulio kwenye uso wa Dunia. Kutoka kwa usawa huu inafuata kwamba:

Kwa maneno mengine, kuongeza kasi ya kuanguka bure juu ya uso wa dunia g imedhamiriwa na wingi m 3 na r 3 .

Juu ya Mwezi, kwenye sayari nyingine, au katika anga ya nje, nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye mwili wa molekuli sawa itakuwa tofauti. Kwa mfano, juu ya Mwezi ukubwa g inawakilisha moja ya sita tu g Duniani, na mwili wenye uzito wa kilo 1 unakabiliwa na nguvu ya mvuto sawa na 1.7 N tu.

Hadi kiwango cha mvuto cha G kilipimwa, misa ya Dunia ilibaki haijulikani. Na tu baada ya G ilipimwa, kwa kutumia uhusiano iliwezekana kuhesabu wingi wa dunia. Hii ilifanyika kwanza na Henry Cavendish mwenyewe. Kubadilisha thamani ya kuongeza kasi ya mvuto g = 9.8 m/s na radius ya dunia r z = 6.3810 6 kwenye fomula, tunapata thamani ifuatayo kwa wingi wa Dunia:

Kwa nguvu ya uvutano inayofanya kazi kwenye miili iliyo karibu na uso wa Dunia, unaweza kutumia tu usemi mg. Ikiwa ni muhimu kuhesabu nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye mwili ulio umbali fulani kutoka kwa Dunia, au nguvu inayosababishwa na mwili mwingine wa mbinguni (kwa mfano, Mwezi au sayari nyingine), basi thamani ya g inapaswa kutumika, kuhesabiwa. kwa kutumia formula inayojulikana ambayo r 3 na m 3 inapaswa kubadilishwa na umbali unaofanana na wingi, unaweza pia kutumia moja kwa moja formula ya sheria ya mvuto wa ulimwengu wote. Kuna mbinu kadhaa za kuamua kuongeza kasi kutokana na mvuto kwa usahihi sana. Unaweza kupata g tu kwa kupima uzani wa kawaida kwenye mizani ya chemchemi. Mizani ya kijiolojia lazima iwe ya kushangaza - spring yao inabadilisha mvutano wakati wa kuongeza chini ya milioni ya gramu ya mzigo. Mizani ya quartz ya Torsional hutoa matokeo bora. Muundo wao ni, kimsingi, rahisi. Lever ni svetsade kwa uzi wa quartz ulionyoshwa kwa usawa, uzani wake ambao husokota kidogo uzi:

Pendulum pia hutumiwa kwa madhumuni sawa. Hadi hivi majuzi, njia za pendulum za kupima g ndizo pekee, na tu katika miaka ya 60 - 70s. Walianza kubadilishwa na njia rahisi zaidi na sahihi za uzani. Kwa hali yoyote, kwa kupima kipindi cha oscillation ya pendulum ya hisabati, thamani ya g inaweza kupatikana kwa usahihi kabisa kwa kutumia formula. Kwa kupima thamani ya g katika maeneo tofauti kwenye chombo kimoja, mtu anaweza kuhukumu mabadiliko ya jamaa katika mvuto kwa usahihi wa sehemu kwa milioni.

Thamani za kuongeza kasi ya mvuto g katika sehemu tofauti za Dunia ni tofauti kidogo. Kutoka kwa formula g = Gm 3 unaweza kuona kwamba thamani ya g inapaswa kuwa ndogo, kwa mfano, kwenye vilele vya milima kuliko usawa wa bahari, kwa kuwa umbali kutoka katikati ya Dunia hadi juu ya mlima ni kubwa zaidi. . Hakika, ukweli huu ulianzishwa kwa majaribio. Hata hivyo, formula g=Gm 3 /r 3 2 haitoi thamani halisi ya g katika sehemu zote, kwani uso wa dunia sio duara kabisa: sio tu milima na bahari zipo juu ya uso wake, lakini pia kuna mabadiliko katika eneo la dunia kwenye ikweta; kwa kuongeza, umati wa dunia unasambazwa bila sare; Mzunguko wa Dunia pia huathiri mabadiliko katika g.

Walakini, sifa za kuongeza kasi ya mvuto ziligeuka kuwa ngumu zaidi kuliko vile Galileo alivyotarajia. Jua kuwa ukubwa wa kuongeza kasi inategemea latitudo ambayo inapimwa:

Ukubwa wa kuongeza kasi kwa sababu ya mvuto pia hubadilika na urefu juu ya uso wa Dunia:

Vekta ya kuongeza kasi ya kuanguka bila malipo daima huelekezwa chini kwa wima, na kwenye mstari wa timazi mahali fulani kwenye Dunia.

Kwa hivyo, kwa latitudo sawa na kwa urefu sawa juu ya usawa wa bahari, kasi ya mvuto inapaswa kuwa sawa. Vipimo sahihi vinaonyesha kuwa kupotoka kutoka kwa kawaida hii - upungufu wa mvuto - ni kawaida sana. Sababu ya hitilafu ni usambazaji usio sare wa wingi karibu na tovuti ya kipimo.

Kama ilivyotajwa tayari, nguvu ya mvuto kwenye sehemu ya mwili mkubwa inaweza kuwakilishwa kama jumla ya nguvu zinazofanya kazi kwa sehemu ya chembe za mtu binafsi za mwili mkubwa. Mvuto wa pendulum na Dunia ni matokeo ya kitendo cha chembe zote za Dunia juu yake. Lakini ni wazi kwamba chembe za karibu hutoa mchango mkubwa zaidi kwa nguvu ya jumla - baada ya yote, kivutio kinapingana na mraba wa umbali.

Ikiwa misa nzito imejilimbikizia karibu na tovuti ya kipimo, g itakuwa kubwa kuliko kawaida;

Ikiwa, kwa mfano, unapima g kwenye mlima au kwenye ndege inayoruka juu ya bahari kwenye urefu wa mlima, basi katika kesi ya kwanza utapata idadi kubwa. Thamani ya g pia ni ya juu kuliko kawaida kwenye visiwa vya bahari vilivyotengwa. Ni wazi kwamba katika hali zote mbili ongezeko la g linaelezewa na mkusanyiko wa raia wa ziada kwenye tovuti ya kipimo.

Sio tu thamani ya g, lakini pia mwelekeo wa mvuto unaweza kupotoka kutoka kwa kawaida. Ukitundika uzito kwenye uzi, uzi ulioinuliwa utaonyesha wima wa mahali hapa. Wima hii inaweza kupotoka kutoka kwa kawaida. Mwelekeo wa "kawaida" wa wima unajulikana kwa wanajiolojia kutoka kwa ramani maalum ambazo takwimu "bora" ya Dunia imeundwa kulingana na data juu ya maadili ya g.

Wacha tufanye majaribio kwa njia ya timazi chini ya mlima mkubwa. Bomba timazi huvutwa na Dunia hadi katikati yake na kwa mlima kando. Laini ya timazi lazima igeuke chini ya hali kama hiyo kutoka kwa mwelekeo wa wima wa kawaida. Kwa kuwa wingi wa Dunia ni mkubwa zaidi kuliko wingi wa mlima, kupotoka kama hizo hazizidi sekunde chache za arc.

Wima "ya kawaida" imedhamiriwa na nyota, kwani kwa hatua yoyote ya kijiografia inahesabiwa ambapo wima wa takwimu "bora" ya Dunia "hupumzika" angani kwa wakati fulani wa siku na mwaka.

Kupotoka kwa bomba wakati mwingine husababisha matokeo ya kushangaza. Kwa mfano, huko Florence, ushawishi wa Apennines hauongoza kwa kuvutia, lakini kwa kukataa kwa mstari wa mabomba. Kunaweza kuwa na maelezo moja tu: kuna utupu mkubwa katika milima.

Matokeo ya ajabu hupatikana kwa kupima kasi ya mvuto kwenye saizi ya mabara na bahari. Mabara ni mazito zaidi kuliko bahari, kwa hivyo inaweza kuonekana kuwa maadili ya g juu ya mabara yanapaswa kuwa makubwa. Kuliko juu ya bahari. Kwa kweli, maadili ya g kwenye latitudo sawa juu ya bahari na mabara kwa wastani ni sawa.

Tena, kuna maelezo moja tu: mabara hukaa kwenye miamba nyepesi, na bahari kwenye miamba nzito. Na kwa kweli, ambapo utafiti wa moja kwa moja unawezekana, wanajiolojia hugundua kuwa bahari hukaa kwenye miamba nzito ya basaltic, na mabara kwenye graniti nyepesi.

Lakini swali linalofuata linatokea mara moja: kwa nini miamba nzito na nyepesi hulipa fidia kwa usahihi tofauti katika uzito wa mabara na bahari? Fidia hiyo haiwezi kuwa suala la bahati nasibu;

Wanajiolojia wanaamini kwamba sehemu za juu za ukoko wa dunia zinaonekana kuelea juu ya plastiki iliyo chini, yaani, umati unaoweza kuharibika kwa urahisi. Shinikizo katika kina cha kilomita 100 inapaswa kuwa sawa kila mahali, kama vile shinikizo chini ya chombo na maji ambayo vipande vya mbao vya uzito tofauti huelea ni sawa. Kwa hiyo, safu ya suala yenye eneo la 1 m 2 kutoka kwa uso hadi kina cha kilomita 100 inapaswa kuwa na uzito sawa chini ya bahari na chini ya mabara.

Usawazishaji huu wa shinikizo (unaitwa isostasi) unaongoza kwa ukweli kwamba juu ya bahari na mabara kando ya mstari huo wa latitudo thamani ya kuongeza kasi ya mvuto g haina tofauti kubwa. Hitilafu za mvuto wa eneo hutumikia uchunguzi wa kijiolojia, madhumuni yake ambayo ni kupata amana za madini chini ya ardhi bila kuchimba mashimo au kuchimba migodi.

Ore nzito inapaswa kutafutwa katika maeneo ambayo g ni kubwa zaidi. Kinyume chake, amana nyepesi za chumvi hugunduliwa na thamani za ndani za g zilizokadiriwa. g inaweza kupimwa kwa usahihi wa sehemu kwa milioni kutoka 1 m/sec 2 .

Mbinu za upelelezi kwa kutumia pendulum na mizani iliyosahihi zaidi huitwa mvuto. Zina umuhimu mkubwa wa vitendo, haswa kwa uchunguzi wa mafuta. Ukweli ni kwamba kwa njia za uchunguzi wa mvuto ni rahisi kugundua domes za chumvi chini ya ardhi, na mara nyingi hubadilika kuwa ambapo kuna chumvi, kuna mafuta. Zaidi ya hayo, mafuta iko kwenye kina kirefu, na chumvi iko karibu na uso wa dunia. Mafuta yaligunduliwa kwa kutumia uchunguzi wa mvuto huko Kazakhstan na maeneo mengine.

Badala ya kuvuta gari na chemchemi, inaweza kuharakishwa kwa kuunganisha kamba iliyotupwa juu ya pulley, kutoka upande wa pili ambao mzigo umesimamishwa. Kisha kuongeza kasi kwa nguvu itatokana na uzito mzigo huu. Kuongeza kasi ya kuanguka bure tena hutolewa kwa mwili kwa uzito wake.

Katika fizikia, uzito ni jina rasmi la nguvu ambayo husababishwa na mvuto wa vitu kwenye uso wa dunia - "mvuto wa mvuto." Ukweli kwamba miili inavutiwa kuelekea katikati ya Dunia hufanya maelezo haya kuwa ya busara.

Haijalishi jinsi unavyofafanua, uzito ni nguvu. Sio tofauti na nguvu nyingine yoyote, isipokuwa kwa vipengele viwili: uzito huelekezwa kwa wima na hufanya mara kwa mara, hauwezi kuondolewa.

Ili kupima moja kwa moja uzito wa mwili, ni lazima kutumia kiwango cha spring, kilichohitimu katika vitengo vya nguvu. Kwa kuwa hii mara nyingi haifai kufanya, tunalinganisha uzito mmoja na mwingine kwa kutumia mizani ya lever, i.e. tunapata uhusiano:

MVUTO WA DUNIA UNAOFANYA KWENYE MWILI X MVUTO WA DUNIA UNAOTENDA KWA KIWANGO CHA MISA

Tuseme kwamba mwili X unavutiwa mara 3 na nguvu zaidi kuliko kiwango cha misa. Katika kesi hii, tunasema kwamba mvuto wa dunia unaofanya kazi kwenye mwili X ni sawa na 30 mpya za nguvu, ambayo ina maana kwamba ni mara 3 zaidi kuliko mvuto wa dunia, ambayo hufanya kwa kilo ya uzito. Dhana za wingi na uzito mara nyingi huchanganyikiwa, kati ya ambayo kuna tofauti kubwa. Misa ni mali ya mwili yenyewe (ni kipimo cha inertia au "kiasi cha suala"). Uzito ni nguvu ambayo mwili hufanya juu ya msaada au kunyoosha kusimamishwa (uzito ni nambari sawa na nguvu ya mvuto ikiwa msaada au kusimamishwa hakuna kuongeza kasi).

Ikiwa tutatumia mizani ya chemchemi kupima uzito wa kitu kwa usahihi mkubwa sana, na kisha kuhamisha kipimo hadi mahali pengine, tutagundua kuwa uzito wa kitu kwenye uso wa Dunia unatofautiana kwa kiasi fulani kutoka mahali hadi mahali. Tunajua kwamba mbali na uso wa Dunia, au katika kina cha dunia, uzito unapaswa kuwa mdogo sana.

Je, wingi hubadilika? Wanasayansi, wakitafakari juu ya suala hili, kwa muda mrefu wamefikia hitimisho kwamba wingi unapaswa kubaki bila kubadilika. Hata katikati ya Dunia, ambapo mvuto unaotenda pande zote ungetoa nguvu sifuri, mwili bado ungekuwa na misa sawa.

Kwa hiyo, wingi, unaopimwa na ugumu tunaokutana nao wakati wa kujaribu kuharakisha mwendo wa gari ndogo, ni sawa kila mahali: juu ya uso wa Dunia, katikati ya Dunia, kwenye Mwezi. Uzito unaokadiriwa na urefu wa mizani ya chemchemi (na hisia

katika misuli ya mkono wa mtu aliye na mizani) itakuwa chini sana kwenye Mwezi na kivitendo sawa na sifuri katikati ya Dunia. (Mtini.7)

Je, nguvu ya uvutano ya dunia inatenda kwa wingi tofauti? Jinsi ya kulinganisha uzani wa vitu viwili? Hebu tuchukue vipande viwili vinavyofanana vya risasi, sema kilo 1 kila moja. Dunia inavutia kila mmoja wao kwa nguvu sawa, sawa na uzito wa 10 N. Ikiwa unachanganya vipande vyote viwili vya kilo 2, basi nguvu za wima zinaongeza tu: Dunia huvutia kilo 2 mara mbili zaidi ya kilo 1. Tutapata kivutio sawa cha mara mbili ikiwa tutaunganisha vipande vyote viwili kwenye moja au kuziweka moja juu ya nyingine. Vivutio vya mvuto vya nyenzo yoyote yenye uwiano sawa huongeza tu, na hakuna ufyonzwaji au ulinzi wa kipande kimoja cha jambo na kingine.

Kwa nyenzo yoyote ya homogeneous, uzito ni sawia na wingi. Kwa hiyo, tunaamini kwamba Dunia ni chanzo cha "uwanja wa mvuto" unaotoka katikati yake ya wima na yenye uwezo wa kuvutia kipande chochote cha jambo. Sehemu ya mvuto hufanya kwa usawa, tuseme, kila kilo ya risasi. Lakini vipi kuhusu nguvu za kivutio zinazofanya kwa wingi sawa wa vifaa tofauti, kwa mfano, kilo 1 ya risasi na kilo 1 ya alumini? Maana ya swali hili inategemea nini maana ya raia sawa. Njia rahisi zaidi ya kulinganisha raia, ambayo hutumiwa katika utafiti wa kisayansi na katika mazoezi ya kibiashara, ni matumizi ya mizani ya lever. Wanalinganisha nguvu zinazovuta mizigo yote miwili. Lakini baada ya kupata misa sawa ya, sema, risasi na alumini kwa njia hii, tunaweza kudhani kuwa uzani sawa una misa sawa. Lakini kwa kweli, hapa tunazungumza juu ya aina mbili tofauti za misa - misa ya inertial na mvuto.

Kiasi katika fomula inawakilisha wingi wa ajizi. Katika majaribio ya mikokoteni, ambayo huharakishwa na chemchemi, thamani hufanya kama tabia ya "uzito wa dutu", kuonyesha jinsi ilivyo vigumu kutoa kasi kwa mwili unaohusika. Tabia ya kiasi ni uwiano. Misa hii ni kipimo cha inertia, tabia ya mifumo ya mitambo kupinga mabadiliko katika hali. Misa ni mali ambayo lazima iwe sawa karibu na uso wa Dunia, juu ya Mwezi, katika nafasi ya kina, na katikati ya Dunia. Ni nini uhusiano wake na mvuto na nini hasa hutokea wakati kupimwa?

Kwa kujitegemea kabisa na molekuli isiyo na nguvu, mtu anaweza kuanzisha dhana ya uzito wa mvuto kama kiasi cha jambo linalovutiwa na Dunia.

Tunaamini kwamba uwanja wa mvuto wa Dunia ni sawa kwa vitu vyote vilivyomo, lakini tunahusisha na tofauti.

Tuna misa tofauti, ambayo ni sawia na mvuto wa vitu hivi kwa uwanja. Hii ni misa ya mvuto. Tunasema kwamba vitu mbalimbali vina uzito tofauti kwa sababu vina mvuto tofauti ambao huvutwa na uwanja wa mvuto. Kwa hivyo, wingi wa mvuto kwa ufafanuzi ni sawia na uzito na vile vile uvutano. Misa ya mvuto huamua nguvu ambayo mwili huvutiwa na Dunia. Katika kesi hii, mvuto ni wa pande zote: ikiwa Dunia huvutia jiwe, basi jiwe pia huvutia Dunia. Hii ina maana kwamba uzito wa mvuto wa mwili pia huamua jinsi unavyovutia mwili mwingine, Dunia. Kwa hivyo, uzito wa mvuto hupima kiasi cha maada ambayo huathiriwa na mvuto, au kiasi cha maada ambayo husababisha vivutio vya mvuto kati ya miili.

Kivutio cha mvuto kwenye vipande viwili vinavyofanana vya risasi ni nguvu mara mbili kuliko kwenye kimoja. Misa ya mvuto ya vipande vya risasi lazima iwe sawia na misa isiyo na nguvu, kwani wingi wa aina zote mbili ni dhahiri sawia na idadi ya atomi za risasi. Vile vile hutumika kwa vipande vya nyenzo nyingine yoyote, sema nta, lakini unalinganishaje kipande cha risasi na kipande cha nta? Jibu la swali hili linatolewa na jaribio la mfano la kusoma kuanguka kwa miili ya ukubwa tofauti kutoka juu ya Mnara wa Leaning wa Pisa, ambao, kulingana na hadithi, ulifanywa na Galileo. Hebu tuacha vipande viwili vya nyenzo yoyote ya ukubwa wowote. Wanaanguka kwa kuongeza kasi sawa g. Nguvu inayofanya kazi kwenye mwili na kuupa kasi6 ni uzito wa Dunia unaotumika kwenye mwili huu. Nguvu ya mvuto wa miili na Dunia ni sawia na uzito wa mvuto. Lakini mvuto hutoa kuongeza kasi sawa g kwa miili yote. Kwa hivyo, mvuto, kama uzito, lazima iwe sawia na misa isiyo na nguvu. Kwa hivyo, miili ya sura yoyote ina idadi sawa ya misa zote mbili.

Ikiwa tutachukua kilo 1 kama kitengo cha misa zote mbili, basi misa ya mvuto na isiyo na nguvu itakuwa sawa kwa miili yote ya saizi yoyote kutoka kwa nyenzo yoyote na mahali popote.

Hapa ni jinsi ya kuthibitisha. Hebu tulinganishe kilo cha kawaida kilichofanywa kwa platinamu6 na jiwe la molekuli isiyojulikana. Wacha tulinganishe misa yao isiyo na nguvu kwa kusonga kila moja ya miili kwa mwelekeo mlalo chini ya ushawishi wa nguvu fulani na kupima kasi. Hebu tuchukue kwamba uzito wa jiwe ni kilo 5.31. Nguvu ya uvutano ya dunia haihusiki katika ulinganisho huu. Kisha tunalinganisha wingi wa mvuto wa miili yote miwili kwa kupima mvuto wa mvuto kati ya kila mmoja wao na mwili wa tatu, kwa urahisi zaidi Dunia. Hii inaweza kufanyika kwa kupima miili yote miwili. Tutaona hilo uzito wa mvuto wa jiwe pia ni kilo 5.31.

Zaidi ya nusu karne kabla ya Newton kupendekeza sheria yake ya uvutano wa ulimwengu wote mzima, Johannes Kepler (1571-1630) aligundua kwamba “mwendo tata wa sayari za mfumo wa jua ungeweza kufafanuliwa kwa sheria tatu rahisi. Sheria za Kepler ziliimarisha imani katika nadharia ya Copernican kwamba sayari huzunguka jua, a.

Kudai mwanzoni mwa karne ya 17 kwamba sayari zilikuwa karibu na Jua, na sio kuzunguka Dunia, ulikuwa uzushi mkubwa zaidi. Giordano Bruno, ambaye alitetea waziwazi mfumo wa Copernican, alishutumiwa kuwa mzushi na Baraza Takatifu la Kuhukumu Wazushi na kuchomwa moto kwenye mti. Hata Galileo mkuu, licha ya urafiki wake wa karibu na Papa, alifungwa, akalaaniwa na Baraza la Kuhukumu Wazushi na kulazimishwa kukataa maoni yake hadharani.

Katika siku hizo, mafundisho ya Aristotle na Ptolemy, ambayo yalisema kwamba mizunguko ya sayari huibuka kwa sababu ya harakati ngumu kwenye mfumo wa duara, yalizingatiwa kuwa takatifu na isiyoweza kukiuka. Kwa hivyo, ili kuelezea obiti ya Mirihi, duru dazeni au zaidi za kipenyo tofauti zilihitajika. Johannes Kepler aliamua "kuthibitisha" kwamba Mars na Dunia lazima zizunguke Jua. Alijaribu kutafuta obiti ya umbo rahisi zaidi wa kijiometri ambayo ingelingana kabisa na vipimo vingi vya nafasi ya sayari. Miaka ya mahesabu ya kuchosha ilipita kabla ya Kepler kuweza kutunga sheria tatu rahisi ambazo zinaelezea kwa usahihi sana mwendo wa sayari zote:

Sheria ya kwanza: Kila sayari husogea kwa duaradufu, ndani

moja ya malengo ambayo ni

Sheria ya pili: Radius vector (mstari unaounganisha Jua

na sayari) inaelezea kwa vipindi sawa

maeneo sawa ya wakati

Sheria ya tatu: Mraba wa vipindi vya sayari

ni sawia na cubes ya wastani wao

umbali kutoka Jua:

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

Umuhimu wa kazi za Kepler ni kubwa sana. Aligundua sheria, ambazo wakati huo Newton aliziunganisha na sheria ya uvutano wa ulimwengu wote mzima. "Alikuwa akijishughulisha na vidokezo vya kuchosha vya sheria za nguvu, ambazo Newton alipaswa kuleta kwa njia ya busara katika siku zijazo." Kepler hakuweza kueleza ni nini kilisababisha kuwepo kwa mizunguko ya duaradufu, lakini alipendezwa na ukweli kwamba zilikuwepo.

Kulingana na sheria ya tatu ya Kepler, Newton alihitimisha kuwa nguvu za kuvutia zinapaswa kupungua kwa umbali unaoongezeka na kwamba mvuto unapaswa kutofautiana kama (umbali) -2. Baada ya kugundua sheria ya mvuto wa ulimwengu wote, Newton alihamisha wazo rahisi la harakati ya Mwezi kwa mfumo mzima wa sayari. Alionyesha kuwa kivutio, kwa mujibu wa sheria alizozipata, huamua harakati za sayari katika obiti za mviringo, na Jua inapaswa kuwa iko kwenye moja ya foci ya ellipse. Aliweza kupata kwa urahisi sheria zingine mbili za Kepler, ambazo pia hufuata kutoka kwa nadharia yake ya uvutano wa ulimwengu wote. Sheria hizi ni halali ikiwa tu mvuto wa Jua utazingatiwa. Lakini pia ni lazima kuzingatia athari za sayari nyingine kwenye sayari inayotembea, ingawa katika mfumo wa jua vivutio hivi ni vidogo ikilinganishwa na mvuto wa Jua.

Sheria ya pili ya Kepler inafuata kutoka kwa utegemezi wa kiholela wa nguvu ya uvutano kwenye umbali ikiwa nguvu hii itafanya kazi kwa mstari wa moja kwa moja unaounganisha vituo vya sayari na Jua. Lakini sheria ya kwanza na ya tatu ya Kepler imeridhika tu na sheria ya usawa wa nguvu za kivutio kwenye mraba wa umbali.

Ili kupata sheria ya tatu ya Kepler, Newton alichanganya tu sheria za mwendo na sheria ya uvutano. Kwa kesi ya obiti za mviringo, mtu anaweza kusababu kama ifuatavyo: basi sayari ambayo wingi wake ni sawa na m kusonga kwa kasi v katika mzunguko wa radius R kuzunguka Jua, ambayo wingi wake ni sawa na M. Harakati hii inaweza kutokea tu ikiwa sayari inatekelezwa na nguvu ya nje F = mv 2 /R, na kuunda kuongeza kasi ya katikati v 2 /R. Wacha tufikirie kuwa kivutio kati ya Jua na sayari huunda nguvu muhimu. Kisha:

Gmm/r 2 = mv 2 /R

na umbali r kati ya m na M ni sawa na radius ya orbital R. Lakini kasi

ambapo T ni wakati ambapo sayari inafanya mapinduzi moja. Kisha

Ili kupata sheria ya tatu ya Kepler, unahitaji kuhamisha R na T zote kwa upande mmoja wa equation, na idadi nyingine zote hadi nyingine:

R 3 /T 2 = GM/4 2

Ikiwa sasa tunahamia sayari nyingine yenye radius tofauti ya obiti na kipindi cha obiti, basi uwiano mpya utakuwa tena sawa na GM/4 2; thamani hii itakuwa sawa kwa sayari zote, kwa kuwa G ni sayari ya ulimwengu wote, na wingi wa M ni sawa kwa sayari zote zinazozunguka Jua. Kwa hivyo, thamani ya R 3 / T 2 itakuwa sawa kwa sayari zote kwa mujibu wa sheria ya tatu ya Kepler. Hesabu hii inatuwezesha kupata sheria ya tatu kwa obiti za mviringo, lakini katika kesi hii R ni thamani ya wastani kati ya umbali mkubwa na mdogo zaidi wa sayari kutoka kwa Jua.

Akiwa na mbinu zenye nguvu za hisabati na kuongozwa na angavu bora, Newton alitumia nadharia yake kwa idadi kubwa ya matatizo yaliyojumuishwa katika kitabu chake. KANUNI, kuhusu sifa za Mwezi, Dunia, sayari nyingine na harakati zao, pamoja na miili mingine ya mbinguni: satelaiti, comets.

Mwezi hupata misukosuko mingi ambayo inautenganisha na mwendo wa duara unaofanana. Kwanza kabisa, inasonga kando ya duaradufu ya Keplerian, kwenye moja ya msingi ambayo Dunia iko, kama satelaiti yoyote. Lakini obiti hii hupata tofauti kidogo kutokana na mvuto wa Jua. Katika mwezi mpya, Mwezi uko karibu na Jua kuliko Mwezi kamili, ambao huonekana wiki mbili baadaye; sababu hii inabadilisha mvuto, ambayo inasababisha kupunguza kasi na kasi ya harakati ya Mwezi wakati wa mwezi. Athari hii huongezeka wakati Jua linapokaribia majira ya baridi, ili mabadiliko ya kila mwaka katika kasi ya Mwezi pia yanazingatiwa. Kwa kuongeza, mabadiliko katika mvuto wa jua hubadilisha ellipticity ya mzunguko wa mwezi; Obiti ya mwezi huinama juu na chini, na ndege ya obiti huzunguka polepole. Kwa hivyo, Newton alionyesha kuwa makosa yaliyobainika katika mwendo wa Mwezi husababishwa na uvutano wa ulimwengu. Hakukuza suala la uvutano wa jua kwa undani zaidi mwendo wa Mwezi ulibaki kuwa shida ngumu, ambayo inaendelezwa kwa undani zaidi hadi leo.

Mawimbi ya bahari kwa muda mrefu yamebaki kuwa siri, ambayo ilionekana inaweza kuelezewa kwa kuanzisha uhusiano wao na harakati ya Mwezi. Walakini, watu waliamini kuwa unganisho kama hilo haungeweza kuwepo, na hata Galileo alidhihaki wazo hili. Newton alionyesha kuwa kupungua na mtiririko wa mawimbi husababishwa na mvuto usio na usawa wa maji katika bahari kutoka upande wa Mwezi. Katikati ya mzunguko wa mwezi hauendani na katikati ya Dunia. Mwezi na Dunia huzunguka pamoja kuzunguka kituo chao cha kawaida cha wingi. Kituo hiki cha misa iko takriban kilomita 4800 kutoka katikati ya Dunia, kilomita 1600 tu kutoka kwa uso wa Dunia. Wakati Dunia inapovutia Mwezi, Mwezi huvutia Dunia kwa nguvu sawa na kinyume, na kusababisha nguvu ya Mv 2 / r, na kusababisha Dunia kuzunguka katikati ya molekuli kwa muda wa mwezi mmoja. Sehemu ya bahari iliyo karibu na Mwezi inavutiwa kwa nguvu zaidi (iko karibu), maji huinuka - na wimbi linatokea. Sehemu ya bahari iliyo umbali mkubwa kutoka kwa Mwezi inavutia kidogo kuliko ardhi, na katika sehemu hii ya bahari nundu ya maji pia huinuka. Kwa hivyo, kuna mawimbi mawili katika masaa 24. Jua pia husababisha mawimbi, ingawa sio nguvu sana, kwa sababu umbali mkubwa kutoka kwa jua hupunguza usawa wa mvuto.

Newton alifunua asili ya comets - wageni hawa wa mfumo wa jua, ambao daima wameamsha maslahi na hata hofu takatifu. Newton alionyesha kuwa kometi husogea katika mizunguko mirefu sana ya duaradufu, Jua likiwa na mwelekeo mmoja. Mwendo wao umedhamiriwa, kama mwendo wa sayari, na mvuto. Lakini ni ndogo sana, hivyo zinaweza kuonekana tu wakati zinapita karibu na Jua. Obiti ya duaradufu ya comet inaweza kupimwa na wakati wa kurudi kwake kwenye mkoa wetu kutabiriwa kwa usahihi. Kurudi kwao mara kwa mara kwa nyakati zilizotabiriwa huturuhusu kuthibitisha uchunguzi wetu na hutoa uthibitisho zaidi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote.

Katika baadhi ya matukio, comet hupata usumbufu mkubwa wa mvuto wakati inapita karibu na sayari kubwa na kuhamia kwenye obiti mpya yenye kipindi tofauti. Ndio maana tunajua kuwa comets zina misa kidogo: sayari huathiri mwendo wao, lakini comets haiathiri mwendo wa sayari, ingawa wanaifanyia kazi kwa nguvu sawa.

Kometi husonga haraka sana na huja mara chache sana hivi kwamba wanasayansi bado wanangoja wakati ambapo wanaweza kutumia njia za kisasa kusoma comet kubwa.

Ikiwa unafikiria juu ya jukumu ambalo nguvu za mvuto huchukua katika maisha ya sayari yetu, basi bahari zote za matukio hufunguliwa, na hata bahari kwa maana halisi ya neno: bahari ya maji, bahari ya hewa. Bila mvuto zisingekuwepo.

Mvuto, pia unajulikana kama kivutio au uvutano, ni sifa ya ulimwengu ya maada ambayo vitu na miili yote katika Ulimwengu inamiliki. Kiini cha mvuto ni kwamba miili yote ya nyenzo huvutia miili mingine yote karibu nao.

Mvuto wa ardhi

Ikiwa mvuto ni dhana ya jumla na ubora ambao vitu vyote katika Ulimwengu vinamiliki, basi mvuto ni kesi maalum ya jambo hili la kina. Dunia huvutia yenyewe vitu vyote vya nyenzo vilivyo juu yake. Shukrani kwa hili, watu na wanyama wanaweza kusonga kwa usalama duniani kote, mito, bahari na bahari zinaweza kubaki ndani ya mwambao wao, na hewa haiwezi kuruka kwenye anga kubwa ya nafasi, lakini kuunda anga ya sayari yetu.

Swali la haki linatokea: ikiwa vitu vyote vina mvuto, kwa nini Dunia inavutia watu na wanyama kwa yenyewe, na si kinyume chake? Kwanza, sisi pia tunavutia Dunia kwetu, ni kwamba tu, ikilinganishwa na nguvu yake ya mvuto, mvuto wetu ni mdogo. Pili, nguvu ya mvuto inategemea moja kwa moja juu ya wingi wa mwili: ndogo ya molekuli ya mwili, chini ya nguvu zake za mvuto.

Kiashiria cha pili ambacho nguvu ya kivutio inategemea umbali kati ya vitu: umbali mkubwa zaidi, chini ya athari ya mvuto. Shukrani pia kwa hili, sayari husogea katika njia zao na hazianguka juu ya kila mmoja.

Ni muhimu kukumbuka kuwa Dunia, Mwezi, Jua na sayari zingine zina deni la umbo lao la duara kwa nguvu ya mvuto. Inafanya kazi kwa mwelekeo wa kituo, ikivuta kuelekea dutu inayounda "mwili" wa sayari.

Uwanja wa mvuto wa dunia

Sehemu ya mvuto wa Dunia ni uwanja wa nishati ya nguvu ambayo huundwa kuzunguka sayari yetu kwa sababu ya hatua ya nguvu mbili:

mvuto;
nguvu ya centrifugal, ambayo inadaiwa kuonekana kwake kwa kuzunguka kwa Dunia karibu na mhimili wake (mzunguko wa mchana).

Kwa kuwa mvuto na nguvu ya centrifugal hutenda mara kwa mara, uwanja wa mvuto ni jambo la mara kwa mara.

Shamba huathiriwa kidogo na nguvu za mvuto za Jua, Mwezi na miili mingine ya mbinguni, pamoja na umati wa anga wa Dunia.

Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote na Sir Isaac Newton

Mwanafizikia wa Kiingereza, Sir Isaac Newton, kulingana na hadithi maarufu, siku moja alipokuwa akitembea kwenye bustani wakati wa mchana, aliona Mwezi angani. Wakati huo huo, apple ilianguka kutoka kwa tawi. Wakati huo Newton alikuwa akisoma sheria ya mwendo na alijua kuwa tufaha huanguka chini ya ushawishi wa uwanja wa mvuto, na Mwezi huzunguka katika obiti kuzunguka Dunia.

Na kisha mwanasayansi mahiri, aliyeangaziwa na ufahamu, akaja na wazo kwamba labda tufaha huanguka chini, likitii shukrani ile ile ya nguvu ambayo Mwezi uko kwenye mzunguko wake, na sio kukimbilia kwa nasibu kwenye gala. Hivi ndivyo sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, ambayo pia inajulikana kama Sheria ya Tatu ya Newton, iligunduliwa.

Katika lugha ya kanuni za hisabati, sheria hii inaonekana kama hii:

F=Gmm/D 2 ,

Wapi F- nguvu ya mvuto wa pamoja kati ya miili miwili;

M- wingi wa mwili wa kwanza;

m- wingi wa mwili wa pili;

D 2- umbali kati ya miili miwili;

G- mvuto mara kwa mara sawa na 6.67x10 -11.

Mvuto ni nguvu yenye nguvu zaidi katika Ulimwengu, mojawapo ya kanuni nne za msingi za ulimwengu, ambayo huamua muundo wake. Hapo zamani, shukrani kwa hilo, sayari, nyota na galaksi nzima ziliibuka. Leo hii huiweka Dunia katika obiti katika safari yake isiyoisha kuzunguka Jua.

Kuvutia pia ni muhimu sana kwa maisha ya kila siku ya mtu. Shukrani kwa nguvu hii isiyoonekana, bahari ya dunia yetu hupiga, mito inapita, na matone ya mvua huanguka chini. Tangu utoto, tunahisi uzito wa mwili wetu na vitu vinavyozunguka. Ushawishi wa mvuto kwenye shughuli zetu za kiuchumi pia ni mkubwa.

Nadharia ya kwanza ya mvuto iliundwa na Isaac Newton mwishoni mwa karne ya 17. Sheria yake ya Universal Gravitation inaelezea mwingiliano huu ndani ya mfumo wa mechanics ya classical. Jambo hili lilielezewa zaidi na Einstein katika nadharia yake ya jumla ya uhusiano, ambayo ilichapishwa mwanzoni mwa karne iliyopita. Michakato inayotokea kwa nguvu ya mvuto katika kiwango cha chembe za msingi inapaswa kuelezewa na nadharia ya quantum ya mvuto, lakini bado haijaundwa.

Tunajua mengi zaidi kuhusu asili ya uvutano leo kuliko tulivyojua wakati wa Newton, lakini licha ya uchunguzi wa karne nyingi, bado unabaki kuwa kikwazo cha kweli kwa fizikia ya kisasa. Kuna sehemu nyingi tupu katika nadharia iliyopo ya mvuto, na bado hatuelewi ni nini hasa huizalisha na jinsi mwingiliano huu unavyohamishwa. Na, kwa kweli, tuko mbali sana na uwezo wa kudhibiti nguvu ya mvuto, kwa hivyo antigravity au levitation itakuwepo kwa muda mrefu tu kwenye kurasa za riwaya za hadithi za kisayansi.

Ni nini kilianguka kwenye kichwa cha Newton?

Watu wamewahi kujiuliza juu ya asili ya nguvu inayovutia vitu duniani, lakini ilikuwa tu katika karne ya 17 ambapo Isaac Newton aliweza kuinua pazia la siri. Msingi wa mafanikio yake uliwekwa na kazi za Kepler na Galileo, wanasayansi mahiri ambao walisoma mienendo ya miili ya mbinguni.

Hata karne moja na nusu kabla ya Sheria ya Newton ya Uvutano wa Ulimwenguni Pote, mwanaastronomia wa Poland Copernicus aliamini kwamba kivutio ni “... hakuna kitu zaidi ya tamaa ya asili ambayo baba wa Ulimwengu aliijaalia chembe zote, yaani, kuungana kuwa kitu kimoja cha pamoja. kutengeneza miili ya duara.” Descartes alizingatia kivutio kuwa matokeo ya usumbufu katika etha ya ulimwengu. Mwanafalsafa wa Uigiriki na mwanasayansi Aristotle alikuwa na hakika kwamba wingi huathiri kasi ya miili inayoanguka. Na tu Galileo Galilei mwishoni mwa karne ya 16 alithibitisha kuwa hii sio kweli: ikiwa hakuna upinzani wa hewa, vitu vyote vinaharakisha sawa.

Kinyume na hadithi maarufu ya kichwa na tufaha, Newton alichukua zaidi ya miaka ishirini kuelewa asili ya mvuto. Sheria yake ya uvutano ni moja ya uvumbuzi muhimu zaidi wa kisayansi wa wakati wote. Ni ya ulimwengu wote na inakuwezesha kuhesabu trajectories ya miili ya mbinguni na kuelezea kwa usahihi tabia ya vitu karibu nasi. Nadharia ya classical ya mvuto iliweka misingi ya mechanics ya mbinguni. Sheria tatu za Newton ziliwapa wanasayansi fursa ya kugundua sayari mpya kihalisi "kwenye ncha ya kalamu yao" mwishowe, shukrani kwao, mwanadamu aliweza kushinda mvuto wa Dunia na kuruka angani. Walileta msingi madhubuti wa kisayansi kwa dhana ya kifalsafa ya umoja wa nyenzo wa ulimwengu, ambapo matukio yote ya asili yanaunganishwa na kutawaliwa na sheria za jumla za mwili.

Newton hakuchapisha tu formula inayomruhusu mtu kuhesabu nguvu inayovutia miili kwa kila mmoja, aliunda mfano kamili, ambao pia ulijumuisha uchambuzi wa hisabati. Hitimisho hizi za kinadharia zimethibitishwa mara kwa mara katika mazoezi, ikiwa ni pamoja na kutumia mbinu za kisasa zaidi.

Katika nadharia ya Newtonian, kitu chochote cha nyenzo hutoa uwanja wa kuvutia, unaoitwa mvuto. Kwa kuongezea, nguvu ni sawia na wingi wa miili yote miwili na inalingana na umbali kati yao:

F = (G m1 m2)/r2

G ni nguvu ya uvutano isiyobadilika, ambayo ni sawa na 6.67 × 10−11 m³/(kg s²). Henry Cavendish alikuwa wa kwanza kuhesabu mnamo 1798.

Katika maisha ya kila siku na katika taaluma zinazotumika, nguvu ambayo dunia inavutia mwili inasemwa kuwa uzito wake. Mvuto kati ya vitu vyovyote viwili katika Ulimwengu ndivyo nguvu ya uvutano ilivyo kwa maneno rahisi.

Nguvu ya mvuto ni dhaifu zaidi kati ya mwingiliano nne wa kimsingi wa fizikia, lakini kwa sababu ya mali yake ina uwezo wa kudhibiti harakati za mifumo ya nyota na galaksi:

Kivutio hufanya kazi kwa umbali wowote, hii ndiyo tofauti kuu kati ya mvuto na mwingiliano wa nguvu na dhaifu wa nyuklia. Kadiri umbali unavyoongezeka, athari yake hupungua, lakini haijawahi kuwa sawa na sifuri, kwa hivyo tunaweza kusema kwamba hata atomi mbili ziko kwenye ncha tofauti za gala zina ushawishi wa pande zote. Ni ndogo sana;
Mvuto ni wa ulimwengu wote. Uwanja wa kivutio ni wa asili katika mwili wowote wa nyenzo. Wanasayansi bado hawajagundua kitu kwenye sayari yetu au angani ambacho hakingeshiriki katika mwingiliano wa aina hii, kwa hivyo jukumu la mvuto katika maisha ya Ulimwengu ni kubwa. Hii inatofautisha mvuto kutoka kwa mwingiliano wa sumakuumeme, ushawishi ambao juu ya michakato ya ulimwengu ni ndogo, kwani kwa asili miili mingi haina upande wowote wa umeme. Nguvu za uvutano haziwezi kuwekewa mipaka au kulindwa;
Mvuto haufanyi tu juu ya jambo, bali pia juu ya nishati. Kwa yeye, muundo wa kemikali wa vitu haujalishi tu;

Kwa kutumia formula ya Newton, nguvu ya kivutio inaweza kuhesabiwa kwa urahisi. Kwa mfano, mvuto kwenye Mwezi ni mara kadhaa chini ya ile ya Duniani, kwa sababu satelaiti yetu ina misa ndogo. Lakini inatosha kuunda ebbs mara kwa mara na mtiririko katika Bahari ya Dunia. Duniani, kasi inayotokana na mvuto ni takriban 9.81 m/s2. Kwa kuongezea, kwenye nguzo ni kubwa zaidi kuliko ikweta.

Licha ya umuhimu wao mkubwa kwa maendeleo zaidi ya sayansi, sheria za Newton zilikuwa na udhaifu kadhaa ambao uliwasumbua watafiti. Haikuwa wazi jinsi mvuto hutenda kupitia nafasi tupu kabisa kwa umbali mkubwa, na kwa kasi isiyoeleweka. Kwa kuongezea, data polepole ilianza kujilimbikiza ambayo ilipingana na sheria za Newton: kwa mfano, kitendawili cha mvuto au kuhamishwa kwa perihelion ya Mercury. Ikawa dhahiri kwamba nadharia ya uvutano wa ulimwengu wote inahitaji uboreshaji. Heshima hii iliangukia kwa mwanafizikia mahiri wa Ujerumani Albert Einstein.

Kivutio na nadharia ya uhusiano

Kukataa kwa Newton kujadili asili ya nguvu ya uvutano (“Sina dhahania yoyote”) ilikuwa udhaifu wa dhahiri wa dhana yake. Haishangazi kwamba nadharia nyingi za mvuto ziliibuka katika miaka iliyofuata.

Wengi wao walikuwa wa kinachojulikana mifano ya hydrodynamic, ambayo ilijaribu kuthibitisha tukio la mvuto kwa mwingiliano wa mitambo ya vitu vya nyenzo na dutu fulani ya kati kuwa na mali fulani. Watafiti waliita tofauti: "utupu", "ether", "mtiririko wa graviton", nk Katika kesi hiyo, nguvu ya kivutio kati ya miili ilitokea kutokana na mabadiliko katika dutu hii, wakati ilichukuliwa na vitu au mtiririko wa ngao. Kwa kweli, nadharia zote kama hizo zilikuwa na shida moja kubwa: kutabiri kwa usahihi kabisa utegemezi wa nguvu ya mvuto kwa umbali, zingesababisha kupungua kwa miili iliyosogea kuhusiana na "ether" au "mtiririko wa mvuto".

Einstein alishughulikia suala hili kutoka kwa mtazamo tofauti. Katika nadharia yake ya jumla ya uhusiano (GTR), mvuto hauonekani kama mwingiliano wa nguvu, lakini kama mali ya wakati wa nafasi yenyewe. Kitu chochote ambacho kina wingi husababisha kuinama, ambayo husababisha mvuto. Katika kesi hii, mvuto ni athari ya kijiometri ambayo inazingatiwa ndani ya mfumo wa jiometri isiyo ya Euclidean.

Kuweka tu, kuendelea kwa muda wa nafasi huathiri jambo, na kusababisha harakati zake. Na yeye, kwa upande wake, huathiri nafasi, "kuiambia" jinsi ya kuinama.

Nguvu za kuvutia pia hutenda katika microcosm, lakini kwa kiwango cha chembe za msingi ushawishi wao, ikilinganishwa na mwingiliano wa umeme, haukubaliki. Wanafizikia wanaamini kwamba mwingiliano wa mvuto haukuwa duni kuliko wengine katika dakika za kwanza (sekunde 10 -43) baada ya Big Bang.

Hivi sasa, dhana ya mvuto iliyopendekezwa katika nadharia ya jumla ya uhusiano ni nadharia kuu ya kufanya kazi inayokubaliwa na wengi wa jamii ya kisayansi na kuthibitishwa na matokeo ya majaribio mengi.

Einstein katika kazi yake aliona mapema athari za kushangaza za nguvu za uvutano, ambazo nyingi tayari zimethibitishwa. Kwa mfano, uwezo wa miili mikubwa kupiga miale ya mwanga na hata kupunguza kasi ya mtiririko wa wakati. Jambo la mwisho lazima lizingatiwe wakati wa kutumia mifumo ya urambazaji ya satelaiti kimataifa kama vile GLONASS na GPS, vinginevyo baada ya siku chache kosa lao litakuwa makumi ya kilomita.

Kwa kuongeza, tokeo la nadharia ya Einstein ni kile kinachoitwa athari hafifu za mvuto, kama vile uga wa sumaku-umeme na uvutaji wa viunzi vya marejeleo ajizi (pia hujulikana kama athari ya Lense-Thirring). Maonyesho haya ya mvuto ni dhaifu sana kwamba hayakuweza kugunduliwa kwa muda mrefu. Ni mwaka wa 2005 tu, kutokana na ujumbe wa kipekee wa NASA Gravity Probe B, athari ya Lense-Thirring ilithibitishwa.

Mionzi ya mvuto au ugunduzi wa kimsingi zaidi wa miaka ya hivi karibuni

Mawimbi ya mvuto ni mitetemo ya muundo wa muda wa nafasi ya kijiometri unaosafiri kwa kasi ya mwanga. Uwepo wa jambo hili pia ulitabiriwa na Einstein katika Uhusiano Mkuu, lakini kutokana na udhaifu wa nguvu ya mvuto, ukubwa wake ni mdogo sana, hivyo haukuweza kugunduliwa kwa muda mrefu. Ushahidi usio wa moja kwa moja pekee uliunga mkono kuwepo kwa mionzi.

Mawimbi yanayofanana yanazalishwa na vitu vyovyote vya nyenzo vinavyotembea kwa kasi ya asymmetric. Wanasayansi wanazielezea kama "ripples katika nafasi ya muda." Vyanzo vyenye nguvu zaidi vya mionzi hiyo ni galaksi zinazogongana na mifumo inayoanguka inayojumuisha vitu viwili. Mfano wa kawaida wa kesi ya mwisho ni kuunganishwa kwa mashimo nyeusi au nyota za neutron. Wakati wa taratibu hizo, mionzi ya mvuto inaweza kuhamisha zaidi ya 50% ya jumla ya wingi wa mfumo.

Mawimbi ya mvuto yaligunduliwa kwa mara ya kwanza mnamo 2015 na uchunguzi wa LIGO mbili. Karibu mara moja, tukio hili lilipokea hali ya ugunduzi mkubwa zaidi katika fizikia katika miongo ya hivi karibuni. Mnamo 2017, alitunukiwa Tuzo ya Nobel. Baada ya hayo, wanasayansi waliweza kugundua mionzi ya mvuto mara kadhaa zaidi.

Nyuma katika miaka ya 70 ya karne iliyopita - muda mrefu kabla ya uthibitisho wa majaribio - wanasayansi walipendekeza kutumia mionzi ya mvuto kwa mawasiliano ya umbali mrefu. Faida yake isiyo na shaka ni uwezo wake wa juu wa kupitisha dutu yoyote bila kufyonzwa. Lakini kwa sasa hii haiwezekani, kwa sababu kuna matatizo makubwa katika kuzalisha na kupokea mawimbi haya. Na bado hatuna ujuzi wa kutosha kuhusu asili ya mvuto.

Leo, mitambo kadhaa inayofanana na LIGO inafanya kazi katika nchi tofauti za ulimwengu na mpya inajengwa. Kuna uwezekano kwamba tutajifunza zaidi kuhusu mionzi ya mvuto katika siku za usoni.

Nadharia mbadala za mvuto wa ulimwengu wote na sababu za uumbaji wao

Kwa sasa, dhana kuu ya mvuto ni uhusiano wa jumla. Safu nzima iliyopo ya data ya majaribio na uchunguzi inalingana nayo. Wakati huo huo, ina idadi kubwa ya udhaifu wa wazi na masuala ya utata, hivyo majaribio ya kuunda mifano mpya inayoelezea asili ya mvuto haiacha.

Nadharia zote za mvuto wa ulimwengu zilizotengenezwa hadi sasa zinaweza kugawanywa katika vikundi kadhaa kuu:

kiwango;
mbadala;
quantum;
nadharia ya umoja wa shamba.

Majaribio ya kuunda dhana mpya ya mvuto wa ulimwengu wote yalifanywa nyuma katika karne ya 19. Waandishi mbalimbali walijumuisha ndani yake etha au nadharia ya corpuscular ya mwanga. Lakini kuonekana kwa General Relativity kukomesha tafiti hizi. Baada ya kuchapishwa, lengo la wanasayansi lilibadilika - sasa juhudi zao zililenga kuboresha mfano wa Einstein, pamoja na matukio mapya ya asili ndani yake: spin ya chembe, upanuzi wa Ulimwengu, nk.

Kufikia mapema miaka ya 1980, wanafizikia walikuwa wamekataa kwa majaribio dhana zote isipokuwa zile zilizojumuisha uhusiano wa jumla kama sehemu muhimu. Kwa wakati huu, "nadharia za kamba" zilikuja kwa mtindo, zikionekana kuahidi sana. Lakini dhana hizi hazijathibitishwa kwa majaribio. Katika miongo kadhaa iliyopita, sayansi imefikia urefu mkubwa na kukusanya idadi kubwa ya data ya majaribio. Leo, majaribio ya kuunda nadharia mbadala za mvuto yanaongozwa na utafiti wa ulimwengu unaohusiana na dhana kama vile "jambo la giza", "mfumko wa bei", "nishati ya giza".

Moja ya kazi kuu za fizikia ya kisasa ni umoja wa mwelekeo mbili kuu: nadharia ya quantum na uhusiano wa jumla. Wanasayansi wanajaribu kuunganisha kivutio na aina zingine za mwingiliano, na hivyo kuunda "nadharia ya kila kitu." Hivi ndivyo mvuto wa quantum hufanya - tawi la fizikia ambalo hujaribu kutoa maelezo ya quantum ya mwingiliano wa mvuto. Chipukizi la mwelekeo huu ni nadharia ya mvuto wa kitanzi.

Licha ya bidii na juhudi za miaka mingi, lengo hili bado halijafikiwa. Na sio hata ugumu wa shida hii: ni kwamba nadharia ya quantum na uhusiano wa jumla ni msingi wa dhana tofauti kabisa. Quantum mechanics inahusika na mifumo ya kimwili inayofanya kazi dhidi ya usuli wa muda wa kawaida wa nafasi. Na katika nadharia ya uhusiano, muda wa nafasi yenyewe ni sehemu ya nguvu, kulingana na vigezo vya mifumo ya classical iko ndani yake.

Pamoja na dhana za kisayansi za mvuto wa ulimwengu wote, pia kuna nadharia ambazo ziko mbali sana na fizikia ya kisasa. Kwa bahati mbaya, katika miaka ya hivi karibuni, "opuses" kama hizo zimefurika kwenye mtandao na rafu za duka la vitabu. Waandishi wengine wa kazi kama hizo kwa ujumla hufahamisha msomaji kwamba nguvu ya uvutano haipo, na sheria za Newton na Einstein ni hadithi na uwongo.

Mfano ni kazi za "mwanasayansi" Nikolai Levashov, ambaye anadai kwamba Newton hakugundua sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, na ni sayari tu na satelaiti yetu ya Mwezi ina nguvu ya mvuto katika mfumo wa jua. "Mwanasayansi wa Urusi" anatoa ushahidi wa kushangaza. Mojawapo ni safari ya ndege ya uchunguzi wa Amerika KARIBU na Shoemaker hadi Eros ya asteroid, ambayo ilifanyika mnamo 2000. Levashov anazingatia ukosefu wa kivutio kati ya uchunguzi na mwili wa mbinguni kuwa uthibitisho wa uwongo wa kazi za Newton na njama ya wanafizikia kuficha ukweli juu ya mvuto kutoka kwa watu.

Kwa kweli, chombo hicho kilikamilisha kazi yake kwa mafanikio: kwanza kiliingia kwenye obiti ya asteroid, na kisha kutua laini kwenye uso wake.

Mvuto wa bandia na kwa nini inahitajika

Kuna dhana mbili zinazohusiana na mvuto ambazo, licha ya hali yao ya sasa ya kinadharia, inajulikana kwa umma kwa ujumla. Hizi ni antigravity na mvuto wa bandia.

Antigravity ni mchakato wa kukabiliana na nguvu ya mvuto, ambayo inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa au hata kuibadilisha na kukataa. Kujua teknolojia kama hiyo kunaweza kusababisha mapinduzi ya kweli katika usafiri, anga, uchunguzi wa anga na kungebadilisha maisha yetu yote. Lakini kwa sasa, uwezekano wa antigravity hauna hata uthibitisho wa kinadharia. Kwa kuongezea, kwa kuzingatia uhusiano wa jumla, jambo kama hilo haliwezekani hata kidogo, kwani hakuwezi kuwa na misa hasi katika Ulimwengu wetu. Inawezekana kwamba katika siku zijazo tutajifunza zaidi kuhusu mvuto na kujifunza kujenga ndege kulingana na kanuni hii.

Mvuto wa bandia ni badiliko lililofanywa na mwanadamu katika nguvu iliyopo ya mvuto. Leo hatuhitaji sana teknolojia hiyo, lakini hali itakuwa dhahiri kubadilika baada ya kuanza kwa safari ya muda mrefu ya nafasi. Na hoja ni katika fiziolojia yetu. Mwili wa mwanadamu, "umezoea" zaidi ya mamilioni ya miaka ya mageuzi kwa mvuto wa mara kwa mara wa Dunia, huona athari za mvuto uliopunguzwa vibaya sana. Kukaa kwa muda mrefu hata katika hali ya mvuto wa mwezi (mara sita dhaifu kuliko Dunia) kunaweza kusababisha matokeo mabaya. Udanganyifu wa kivutio unaweza kuundwa kwa kutumia nguvu nyingine za kimwili, kama vile hali ya hewa. Hata hivyo, chaguzi hizo ni ngumu na za gharama kubwa. Kwa sasa, mvuto wa bandia hauna hata uhalali wa kinadharia;

Mvuto ni dhana inayojulikana kwa kila mtu tangu shuleni. Inaweza kuonekana kuwa wanasayansi walipaswa kuchunguza jambo hili kwa kina! Lakini nguvu ya uvutano inabakia kuwa siri kubwa zaidi kwa sayansi ya kisasa. Na hii inaweza kuitwa kielelezo bora cha jinsi ujuzi wa kibinadamu ulivyo mdogo kuhusu ulimwengu wetu mkubwa na wa ajabu.

Ikiwa una maswali yoyote, waache katika maoni chini ya makala. Sisi au wageni wetu tutafurahi kuwajibu

Tunaishi Duniani, tunasonga kando ya uso wake, kana kwamba kando ya mwamba wa mwamba ambao huinuka juu ya shimo lisilo na mwisho. Tunakaa kwenye ukingo huu wa kuzimu tu shukrani kwa kile kinachotuathiri Nguvu ya uvutano ya dunia; hatuanguki kutoka kwenye uso wa dunia kwa sababu tu tuna, kama wanasema, uzito fulani. Tungeruka mara moja kutoka kwenye “mwamba” huu na kuruka upesi kwenye shimo la angani ikiwa uzito wa sayari yetu ungekoma kufanya kazi ghafla. Tungekimbia bila kikomo katika kuzimu ya anga ya dunia, bila kujua ama juu au chini.

Mwendo Duniani

kwake kuzunguka Dunia sisi pia tuna deni kwa mvuto. Tunatembea Duniani na kushinda kila mara upinzani wa nguvu hii, tukihisi hatua yake kama uzani mzito kwenye miguu yetu. "Mzigo" huu hujisikika haswa wakati wa kupanda mlima, wakati lazima uiburute, kama aina fulani ya uzani mzito unaoning'inia kutoka kwa miguu yako. Inatuathiri sana tunaposhuka mlimani, na kutulazimisha kuharakisha hatua zetu. Kushinda mvuto wakati wa kuzunguka Dunia. Maelekezo haya - "juu" na "chini" - yanaonyeshwa kwetu tu na mvuto. Katika sehemu zote za uso wa dunia inaelekezwa karibu katikati ya dunia. Kwa hiyo, dhana za "chini" na "juu" zitapingana kwa kiasi kikubwa kwa kinachojulikana kama antipodes, yaani, watu wanaoishi kwenye sehemu za kinyume cha diametrically za uso wa Dunia. Kwa mfano, mwelekeo unaoonyesha "chini" kwa wale wanaoishi Moscow, unaonyesha "juu" kwa wakazi wa Tierra del Fuego. Maelekezo yanayoonyesha "chini" kwa watu kwenye nguzo na kwenye ikweta ni pembe za kulia; wao ni perpendicular kwa kila mmoja. Nje ya Dunia, kwa umbali kutoka kwake, nguvu ya mvuto hupungua, kadiri nguvu ya mvuto inavyopungua (nguvu ya mvuto wa Dunia, kama mwili mwingine wowote wa ulimwengu, inaenea kwa muda usiojulikana katika nafasi) na nguvu ya katikati huongezeka, ambayo hupunguza. nguvu ya mvuto. Kwa hiyo, juu tunainua mizigo fulani, kwa mfano, katika puto, chini ya mizigo hii itakuwa na uzito.

Nguvu ya centrifugal ya dunia

Kwa sababu ya mzunguko wa kila siku, nguvu ya centrifugal ya dunia. Nguvu hii hufanya kazi kila mahali kwenye uso wa Dunia kwa mwelekeo unaoendana na mhimili wa Dunia na mbali nayo. Nguvu ya Centrifugal ndogo ukilinganisha na mvuto. Katika ikweta hufikia thamani yake kubwa zaidi. Lakini hapa, kwa mujibu wa mahesabu ya Newton, nguvu ya centrifugal ni 1/289 tu ya nguvu ya kuvutia. Kadiri unavyotoka kaskazini zaidi kutoka ikweta, ndivyo nguvu ya chini ya centrifugal. Kwenye nguzo yenyewe ni sifuri.

Kitendo cha nguvu ya centrifugal ya Dunia. Kwa urefu fulani nguvu ya centrifugal itaongezeka sana hivi kwamba itakuwa sawa na nguvu ya kivutio, na nguvu ya mvuto itakuwa kwanza kuwa sifuri, na kisha, kwa umbali unaoongezeka kutoka kwa Dunia, itachukua thamani hasi na itaongezeka mara kwa mara, ikielekezwa katika mwelekeo kinyume kwa heshima na Dunia.

Mvuto

Nguvu ya matokeo ya mvuto wa Dunia na nguvu ya centrifugal inaitwa mvuto. Nguvu ya mvuto katika sehemu zote za uso wa dunia ingekuwa sawa ikiwa yetu ilikuwa mpira sahihi kabisa na wa kawaida, ikiwa wingi wake ulikuwa wiani sawa kila mahali na, hatimaye, ikiwa hakuna mzunguko wa kila siku karibu na mhimili wake. Lakini, kwa kuwa Dunia yetu sio tufe ya kawaida, haijumuishi sehemu zake zote za miamba ya msongamano sawa na huzunguka kila wakati, basi, kwa hivyo, nguvu ya uvutano katika kila nukta kwenye uso wa dunia ni tofauti kidogo. Kwa hivyo, katika kila hatua kwenye uso wa dunia ukubwa wa mvuto inategemea ukubwa wa nguvu centrifugal, ambayo inapunguza nguvu ya mvuto, juu ya wiani wa miamba ya dunia na umbali kutoka katikati ya Dunia.. Umbali mkubwa zaidi, mvuto mdogo. Radi ya Dunia, ambayo kwa upande mmoja inaonekana kupumzika dhidi ya ikweta ya Dunia, ndiyo kubwa zaidi. Radii zinazoishia Ncha ya Kaskazini au Kusini ndizo ndogo zaidi. Kwa hivyo, miili yote kwenye ikweta ina mvuto mdogo (uzito mdogo) kuliko kwenye nguzo. Inajulikana kuwa kwenye nguzo mvuto ni mkubwa kuliko ikweta kwa 1/289. Tofauti hii ya mvuto wa miili sawa kwenye ikweta na kwenye nguzo inaweza kuamuliwa kwa kuzipima kwa kutumia mizani ya chemchemi. Ikiwa tunapima miili kwenye mizani na uzani, basi hatutagundua tofauti hii. Mizani itaonyesha uzito sawa kwenye nguzo na kwenye ikweta; uzani, kama miili inayopimwa, pia, bila shaka, itabadilika katika uzito.

Mizani ya chemchemi kama njia ya kupima mvuto kwenye ikweta na kwenye nguzo. Hebu tuchukue kwamba meli yenye mizigo ina uzito wa tani 289,000 katika mikoa ya polar, karibu na pole. Baada ya kuwasili kwenye bandari karibu na ikweta, meli iliyo na mizigo itakuwa na uzito wa tani 288,000 tu. Kwa hivyo, kwenye ikweta meli ilipoteza uzito wa tani elfu moja. Miili yote inafanyika juu ya uso wa dunia tu kutokana na ukweli kwamba mvuto hufanya juu yao. Asubuhi, unapotoka kitandani, unaweza kupunguza miguu yako kwenye sakafu tu kwa sababu nguvu hii inawavuta chini.

Mvuto ndani ya Dunia

Wacha tuone jinsi inavyobadilika mvuto ndani ya ardhi. Tunaposonga zaidi ndani ya Dunia, mvuto huongezeka kila mara hadi kina fulani. Katika kina cha takriban kilomita elfu moja, nguvu ya uvutano itakuwa na thamani ya juu (kubwa) na itaongezeka ikilinganishwa na thamani yake ya wastani kwenye uso wa dunia (9.81 m/sec) kwa takriban asilimia tano. Kwa kuongezeka zaidi, nguvu ya mvuto itaendelea kupungua na katikati ya Dunia itakuwa sawa na sifuri.

Mawazo kuhusu mzunguko wa Dunia

Yetu Dunia inazunguka hufanya mapinduzi kamili kuzunguka mhimili wake katika masaa 24. Nguvu ya Centrifugal, kama inavyojulikana, huongezeka kwa uwiano wa mraba wa kasi ya angular. Kwa hivyo, ikiwa Dunia itaharakisha mzunguko wake kuzunguka mhimili wake kwa mara 17, basi nguvu ya centrifugal itaongezeka kwa mara 17 za mraba, i.e. mara 289. Katika hali ya kawaida, kama ilivyotajwa hapo juu, nguvu ya katikati katika ikweta ni 1/289 ya nguvu ya uvutano. Wakati wa kuongezeka Mara 17 nguvu ya mvuto na centrifugal nguvu kuwa sawa. Nguvu ya mvuto - matokeo ya nguvu hizi mbili - na ongezeko hilo la kasi ya mzunguko wa axial wa Dunia itakuwa sawa na sifuri.

Thamani ya nguvu ya centrifugal wakati wa kuzunguka kwa Dunia. Kasi hii ya kuzunguka kwa Dunia kuzunguka mhimili wake inaitwa muhimu, kwani kwa kasi kama hii ya kuzunguka kwa sayari yetu, miili yote kwenye ikweta ingepoteza uzito wao. Urefu wa siku katika kesi hii muhimu itakuwa takriban saa 1 dakika 25. Kwa kuongeza kasi zaidi ya kuzunguka kwa Dunia, miili yote (haswa kwenye ikweta) itapunguza uzito kwanza, na kisha itatupwa angani kwa nguvu ya katikati, na Dunia yenyewe itapasuka vipande vipande kwa nguvu sawa. Hitimisho letu lingekuwa sahihi ikiwa Dunia ingekuwa mwili mgumu kabisa na, wakati wa kuharakisha mwendo wake wa mzunguko, haingebadilisha umbo lake, kwa maneno mengine, ikiwa radius ya ikweta ya dunia ingehifadhi thamani yake. Lakini inajulikana kuwa mzunguko wa Dunia unapoharakisha, uso wake utalazimika kubadilika kidogo: itaanza kushinikiza kuelekea kwenye nguzo na kupanua kuelekea ikweta; itachukua mwonekano unaozidi kuwa bapa. Urefu wa radius ya ikweta ya dunia itaanza kuongezeka na hivyo kuongeza nguvu ya centrifugal. Kwa hivyo, miili kwenye ikweta itapoteza uzito wao kabla ya kasi ya kuzunguka kwa Dunia kuongezeka mara 17, na janga na Dunia litatokea kabla ya siku kufupisha muda wake hadi saa 1 dakika 25. Kwa maneno mengine, kasi muhimu ya mzunguko wa Dunia itakuwa chini kidogo, na urefu wa juu wa siku utakuwa mrefu kidogo. Fikiria kiakili kwamba kasi ya kuzunguka kwa Dunia, kwa sababu ya sababu zisizojulikana, itakaribia muhimu. Ni nini kitakachowapata wakaaji wa dunia wakati huo? Awali ya yote, kila mahali duniani siku itakuwa, kwa mfano, kuhusu saa mbili hadi tatu. Mchana na usiku itabadilika kaleidoscopically haraka. Jua, kama kwenye sayari, litasonga angani haraka sana, na mara tu unapokuwa na wakati wa kuamka na kuosha, tayari litatoweka nyuma ya upeo wa macho, na usiku utakuja kuchukua nafasi yake. Watu hawataweza tena kuelekeza wakati kwa usahihi. Hakuna mtu atakayejua ni siku gani ya mwezi au ni siku gani ya juma. Maisha ya kawaida ya mwanadamu yatakosa mpangilio. Saa ya pendulum itapungua na kisha kuacha kila mahali. Wanatembea kwa sababu mvuto huwatenda. Baada ya yote, katika maisha yetu ya kila siku, wakati "watembeaji" wanaanza kuchelewa au haraka, ni muhimu kufupisha au kupanua pendulum yao, au hata kunyongwa uzito wa ziada kwenye pendulum. Miili kwenye ikweta itapoteza uzito wao. Chini ya hali hizi za kufikiria itawezekana kuinua miili mizito kwa urahisi. Haitakuwa vigumu kuweka farasi, tembo kwenye mabega yako, au hata kuinua nyumba nzima. Ndege watapoteza uwezo wa kutua. Kundi la shomoro linazunguka juu ya shimo la maji. Wanalia kwa sauti kubwa, lakini hawawezi kushuka. Nafaka chache zilizotupwa naye zingening'inia juu ya Dunia katika nafaka za kibinafsi. Hebu tuchukulie zaidi kwamba kasi ya mzunguko wa Dunia inakaribia zaidi na zaidi. Sayari yetu imeharibika sana na inachukua mwonekano unaozidi kuwa bapa. Inafananishwa na jukwa linalozunguka kwa kasi na linakaribia kuwatupa wakazi wake. Kisha mito itaacha kutiririka. Watakuwa vinamasi kwa muda mrefu. Meli kubwa za bahari hazitagusa uso wa maji na chini zao, manowari hazitaweza kupiga mbizi kwenye kina kirefu cha bahari, samaki na wanyama wa baharini wataelea juu ya uso wa bahari na bahari, hawataweza tena kujificha. katika vilindi vya bahari. Mabaharia hawataweza tena kuangusha nanga, hawatadhibiti tena usukani wa meli zao, meli kubwa na ndogo zitasimama bila kusonga. Hapa kuna picha nyingine ya kufikiria. Treni ya reli ya abiria imesimama kwenye kituo. Firimbi tayari imepulizwa; treni lazima iondoke. Dereva alichukua hatua zote katika uwezo wake. Mzima moto hutupa makaa ya mawe kwa ukarimu kwenye kikasha cha moto. Cheche kubwa huruka kutoka kwenye chimney cha treni. Magurudumu yanazunguka kwa kukata tamaa. Lakini locomotive inasimama bila mwendo. Magurudumu yake hayagusi reli na hakuna msuguano kati yao. Itakuja wakati ambapo watu hawataweza kwenda chini kwenye sakafu; watashikamana kama nzi kwenye dari. Acha kasi ya mzunguko wa Dunia iongezeke. Nguvu ya centrifugal inazidi kuzidi nguvu ya mvuto kwa ukubwa wake ... Kisha watu, wanyama, vitu vya nyumbani, nyumba, vitu vyote duniani, ulimwengu wake wote wa wanyama watatupwa kwenye nafasi ya cosmic. Bara la Australia litajitenga na Dunia na kuning'inia angani kama wingu kubwa jeusi. Afrika itaruka ndani ya kina kirefu cha shimo la kimya, mbali na Dunia. Maji ya Bahari ya Hindi yatageuka kuwa idadi kubwa ya matone ya duara na pia yataruka kwa umbali usio na kikomo. Bahari ya Mediterania, ambayo bado haijawa na wakati wa kugeuka kuwa mkusanyiko mkubwa wa matone, na unene wake wote wa maji yatatengwa kutoka chini, ambayo itawezekana kupita kwa uhuru kutoka Naples hadi Algeria. Hatimaye, kasi ya mzunguko itaongezeka sana, nguvu ya centrifugal itaongezeka sana, kwamba Dunia nzima itapasuka. Walakini, hii haiwezi kutokea pia. Kasi ya kuzunguka kwa Dunia, kama tulivyosema hapo juu, haiongezeki, lakini kinyume chake, hata inapungua kidogo - hata hivyo, kidogo sana kwamba, kama tunavyojua tayari, zaidi ya miaka elfu 50 urefu wa siku huongezeka kwa moja tu. pili. Kwa maneno mengine, Dunia sasa inazunguka kwa kasi ambayo ni muhimu kwa ulimwengu wa wanyama na mimea ya sayari yetu kustawi chini ya mionzi ya kalori ya Jua kwa milenia nyingi.

Thamani ya msuguano

Sasa tuone nini mambo ya msuguano na nini kingetokea ikiwa hayupo. Msuguano, kama unavyojua, una athari mbaya kwa nguo zetu: mikono ya kanzu huvaa kwanza, na nyayo za viatu huvaa kwanza, kwani sketi na nyayo huathirika zaidi na msuguano. Lakini fikiria kwa muda kwamba uso wa sayari yetu ulikuwa kana kwamba umeng'olewa vizuri, laini kabisa, na uwezekano wa msuguano ungetengwa. Je, tunaweza kutembea juu ya uso kama huo? Bila shaka hapana. Kila mtu anajua kwamba hata kwenye barafu na sakafu iliyosafishwa ni vigumu sana kutembea na unapaswa kuwa makini usianguka. Lakini uso wa barafu na sakafu iliyosafishwa bado ina msuguano fulani.

Nguvu ya msuguano kwenye barafu. Ikiwa nguvu ya msuguano itatoweka kwenye uso wa Dunia, basi machafuko yasiyoelezeka yangetawala kwenye sayari yetu milele. Ikiwa hakuna msuguano, bahari itawaka milele na dhoruba haitapungua kamwe. Dhoruba za mchanga hazitaacha kunyongwa juu ya Dunia, na upepo utavuma kila wakati. Sauti za kinanda, fidla na mngurumo wa kutisha wa wanyama wawindaji zitachanganyika na kuenea hewani bila kikomo. Kwa kukosekana kwa msuguano, mwili ambao ulianza kusonga haungesimama. Juu ya uso wa dunia laini kabisa, miili na vitu mbalimbali vingechanganywa milele katika mielekeo tofauti-tofauti zaidi. Ulimwengu wa Dunia ungekuwa wa kijinga na wa kusikitisha ikiwa hapangekuwa na msuguano na mvuto wa Dunia.

Obi-Wan Kenobi alisema kuwa nguvu hushikilia galaksi pamoja. Vile vile vinaweza kusemwa kuhusu mvuto. Ukweli: Nguvu ya uvutano huturuhusu kutembea kwenye Dunia, Dunia kuzunguka Jua, na Jua kuzunguka shimo jeusi kuu lililo katikati ya galaksi yetu. Jinsi ya kuelewa mvuto? Hii inajadiliwa katika makala yetu.

Wacha tuseme mara moja kwamba hautapata hapa jibu sahihi la kipekee kwa swali "Uvutano ni nini." Kwa sababu haipo! Mvuto ni mojawapo ya matukio ya ajabu sana, ambayo wanasayansi wanashangaa na bado hawawezi kueleza kikamilifu asili yake.

Kuna nadharia nyingi na maoni. Kuna nadharia zaidi ya dazeni ya mvuto, mbadala na classical. Tutaangalia za kuvutia zaidi, zinazofaa na za kisasa.

Je, unataka taarifa muhimu zaidi na habari za hivi punde kila siku? Jiunge nasi kwenye telegram.

Mvuto ni mwingiliano wa kimsingi wa kimwili

Kuna mwingiliano 4 wa kimsingi katika fizikia. Shukrani kwao, ulimwengu ni kama ulivyo. Mvuto ni mojawapo ya mwingiliano huu.

Maingiliano ya kimsingi:

mvuto;
sumaku-umeme;
mwingiliano wenye nguvu;
mwingiliano dhaifu.

Mvuto ni nguvu dhaifu zaidi kati ya nguvu nne za kimsingi.

Hivi sasa, nadharia ya sasa inayoelezea mvuto ni GTR (uhusiano wa jumla). Ilipendekezwa na Albert Einstein mnamo 1915-1916.

Walakini, tunajua kuwa ni mapema sana kuzungumza juu ya ukweli wa mwisho. Baada ya yote, karne kadhaa kabla ya kuonekana kwa uhusiano wa jumla katika fizikia, nadharia ya Newton ilitawala kuelezea mvuto, ambayo ilipanuliwa kwa kiasi kikubwa.

Ndani ya mfumo wa uhusiano wa jumla, kwa sasa haiwezekani kuelezea na kuelezea masuala yote yanayohusiana na mvuto.

Kabla ya Newton, watu wengi waliamini kwamba nguvu ya uvutano duniani na uvutano mbinguni ni vitu tofauti. Iliaminika kuwa sayari zinasonga kulingana na sheria zao bora, tofauti na zile za Duniani.

Newton aligundua sheria ya uvutano wa ulimwengu mnamo 1667. Bila shaka, sheria hii ilikuwepo hata wakati wa dinosaurs na mapema zaidi.

Wanafalsafa wa kale walifikiri juu ya kuwepo kwa mvuto. Galileo alihesabu kwa majaribio kuongeza kasi ya mvuto Duniani, akigundua kuwa ni sawa kwa miili ya misa yoyote. Kepler alisoma sheria za mwendo wa miili ya mbinguni.

Newton aliweza kuunda na kujumlisha matokeo ya uchunguzi wake. Hapa ndio alipata:

Miili miwili huvutiana kwa nguvu inayoitwa nguvu ya uvutano au mvuto.

Mfumo wa nguvu ya kivutio kati ya miili:

G ni mara kwa mara ya mvuto, m ni wingi wa miili, r ni umbali kati ya vituo vya wingi wa miili.

Ni nini maana ya kimwili ya mvuto mara kwa mara? Ni sawa na nguvu ambayo miili iliyo na wingi wa kilo 1 kila mmoja hutenda kwa kila mmoja, kuwa umbali wa mita 1 kutoka kwa kila mmoja.

Kulingana na nadharia ya Newton, kila kitu huunda uwanja wa mvuto. Usahihi wa sheria ya Newton imejaribiwa kwa umbali chini ya sentimita moja. Bila shaka, kwa raia wadogo nguvu hizi hazina maana na zinaweza kupuuzwa.

Fomula ya Newton inatumika kwa kukokotoa nguvu ya mvuto wa sayari kwenye jua na kwa vitu vidogo. Hatuoni nguvu ambayo, sema, mipira kwenye meza ya billiard inavutia. Walakini, nguvu hii ipo na inaweza kuhesabiwa.

Nguvu ya mvuto hufanya kazi kati ya miili yoyote katika Ulimwengu. Athari yake inaenea kwa umbali wowote.

Sheria ya Newton ya uvutano wa ulimwengu wote haielezi asili ya nguvu ya uvutano, lakini inaweka sheria za kiasi. Nadharia ya Newton haipingani na GTR. Inatosha kabisa kutatua shida za vitendo kwa kiwango cha Dunia na kwa kuhesabu mwendo wa miili ya mbinguni.

Mvuto katika uhusiano wa jumla

Licha ya ukweli kwamba nadharia ya Newton inatumika kabisa katika mazoezi, ina idadi ya hasara. Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote ni maelezo ya hisabati, lakini haitoi ufahamu katika asili ya kimsingi ya vitu.

Kulingana na Newton, nguvu ya mvuto hufanya kazi kwa umbali wowote. Na inafanya kazi mara moja. Kwa kuzingatia kwamba kasi ya haraka zaidi duniani ni kasi ya mwanga, kuna tofauti. Nguvu ya uvutano inawezaje kutenda mara moja kwa umbali wowote, wakati inachukua mwanga sio mara moja, lakini sekunde kadhaa au hata miaka ili kuzishinda?

Ndani ya mfumo wa uhusiano wa jumla, mvuto hauzingatiwi kama nguvu inayofanya kazi kwenye miili, lakini kama mzingo wa nafasi na wakati chini ya ushawishi wa misa. Kwa hivyo, mvuto sio mwingiliano wa nguvu.

Ni nini athari ya mvuto? Hebu jaribu kuielezea kwa kutumia mlinganisho.

Hebu fikiria nafasi kwa namna ya karatasi ya elastic. Ikiwa utaweka mpira wa tenisi nyepesi juu yake, uso utabaki sawa. Lakini ukiweka uzani mzito karibu na mpira, itabonyeza shimo juu ya uso, na mpira utaanza kuelekea uzani mkubwa, mzito. Huu ni "mvuto".

Japo kuwa! Kwa wasomaji wetu sasa kuna punguzo la 10%. aina yoyote ya kazi

Ugunduzi wa mawimbi ya mvuto

Mawimbi ya uvutano yalitabiriwa na Albert Einstein nyuma mnamo 1916, lakini yaligunduliwa miaka mia moja tu baadaye, mnamo 2015.

Mawimbi ya mvuto ni nini? Hebu tuchore mlinganisho tena. Ikiwa unatupa jiwe ndani ya maji ya utulivu, miduara itaonekana kwenye uso wa maji kutoka mahali inapoanguka. Mawimbi ya mvuto ni ripples sawa, usumbufu. Sio tu juu ya maji, lakini katika ulimwengu wa wakati wa nafasi.

Badala ya maji kuna muda wa nafasi, na badala ya jiwe, sema, shimo nyeusi. Harakati yoyote ya kasi ya wingi huzalisha wimbi la mvuto. Ikiwa miili iko katika hali ya kuanguka kwa bure, wakati wimbi la mvuto linapita, umbali kati yao utabadilika.

Kwa kuwa mvuto ni nguvu dhaifu sana, kugundua mawimbi ya mvuto kumehusishwa na matatizo makubwa ya kiufundi. Teknolojia za kisasa zimefanya iwezekanavyo kugundua mlipuko wa mawimbi ya mvuto kutoka kwa vyanzo vya juu.

Tukio linalofaa la kugundua wimbi la mvuto ni kuunganishwa kwa shimo nyeusi. Kwa bahati mbaya au nzuri, hii hutokea mara chache sana. Walakini, wanasayansi walifanikiwa kusajili wimbi ambalo lilizunguka katika nafasi ya Ulimwengu.

Ili kurekodi mawimbi ya mvuto, detector yenye kipenyo cha kilomita 4 ilijengwa. Wakati wa kifungu cha wimbi, vibrations ya vioo juu ya kusimamishwa katika utupu na kuingiliwa kwa mwanga iliyoonyeshwa kutoka kwao ilirekodi.

Mawimbi ya mvuto yalithibitisha uhalali wa uhusiano wa jumla.

Mvuto na chembe za msingi

Katika mfano wa kawaida, chembe fulani za msingi zinawajibika kwa kila mwingiliano. Tunaweza kusema kwamba chembe ni wabebaji wa mwingiliano.

Graviton, chembe dhahania isiyo na wingi yenye nishati, inawajibika kwa mvuto. Kwa njia, katika nyenzo zetu tofauti, soma zaidi kuhusu kifua cha Higgs, ambacho kimesababisha kelele nyingi, na chembe nyingine za msingi.

Hatimaye, hapa kuna mambo ya kuvutia kuhusu mvuto.

10 ukweli kuhusu mvuto

Ili kuondokana na nguvu ya mvuto wa Dunia, mwili lazima uwe na kasi ya 7.91 km / s. Hii ni kasi ya kwanza ya kutoroka. Inatosha kwa mwili (kwa mfano, uchunguzi wa nafasi) kusonga katika obiti kuzunguka sayari.
Ili kuepuka uwanja wa mvuto wa Dunia, chombo hicho lazima kiwe na kasi ya angalau 11.2 km/s. Hii ni kasi ya pili ya kutoroka.
Vitu vyenye mvuto wenye nguvu zaidi ni mashimo meusi. Mvuto wao ni mkubwa sana hata huvutia mwanga (photons).
Hutapata nguvu ya uvutano katika mlinganyo wowote wa mechanics ya quantum. Ukweli ni kwamba unapojaribu kujumuisha mvuto katika milinganyo, hupoteza umuhimu wao. Hii ni moja ya shida muhimu zaidi za fizikia ya kisasa.
Neno mvuto linatokana na neno la Kilatini "gravis", ambalo linamaanisha "nzito".
Kadiri kitu kikiwa kikubwa zaidi, ndivyo mvuto unavyokuwa na nguvu zaidi. Ikiwa mtu mwenye uzito wa kilo 60 duniani atajipima kwenye Jupita, mizani itaonyesha kilo 142.
Wanasayansi wa NASA wanajaribu kuendeleza boriti ya mvuto ambayo itawawezesha vitu kuhamishwa bila kuwasiliana, kushinda nguvu ya mvuto.
Wanaanga katika obiti pia hupitia mvuto. Kwa usahihi, microgravity. Wanaonekana kuanguka bila kikomo pamoja na meli waliyomo.
Mvuto daima huvutia na kamwe haufukuzi.
Shimo nyeusi, ukubwa wa mpira wa tenisi, huvutia vitu kwa nguvu sawa na sayari yetu.

Sasa unajua ufafanuzi wa mvuto na unaweza kusema ni formula gani inayotumiwa kuhesabu nguvu ya kivutio. Ikiwa granite ya sayansi inakusukuma chini kwa nguvu zaidi kuliko mvuto, wasiliana na huduma yetu ya wanafunzi. Tutakusaidia kujifunza kwa urahisi chini ya mizigo nzito zaidi!