Ujenzi wa aina 3 kulingana na 2 zilizopewa. Mfano wa kujenga makadirio ya tatu ya hoja kulingana na mbili zilizotolewa

Sheria mvuto wa ulimwengu wote iligunduliwa na Newton mwaka 1687 alipokuwa akisoma mwendo wa satelaiti ya mwezi kuzunguka Dunia. Mwanafizikia wa Kiingereza aliunda kwa uwazi postulate inayoonyesha nguvu za kivutio. Kwa kuongeza, kwa kuchambua sheria za Kepler, Newton alihesabu kwamba nguvu za mvuto lazima ziwepo si tu kwenye sayari yetu, bali pia katika nafasi.

Usuli

Sheria ya uvutano wa ulimwengu mzima haikuzaliwa yenyewe. Tangu nyakati za zamani, watu wamesoma anga, haswa kukusanya kalenda za kilimo, kuhesabu tarehe muhimu, sikukuu za kidini. Uchunguzi ulionyesha kwamba katikati ya "ulimwengu" kuna Nuru (Jua), ambayo miili ya mbinguni huzunguka katika obiti. Baadaye, mafundisho ya kanisa hayakuruhusu hili kuzingatiwa, na watu walipoteza ujuzi uliokusanywa kwa maelfu ya miaka.

Katika karne ya 16, kabla ya uvumbuzi wa darubini, galaksi ya wanaastronomia ilitokea ambao walitazama anga kwa njia ya kisayansi, wakitupilia mbali marufuku ya kanisa. T. Brahe, akiwa ameangalia nafasi kwa miaka mingi, alipanga mienendo ya sayari kwa uangalifu maalum. Data hizi sahihi zilimsaidia I. Kepler baadaye kugundua sheria zake tatu.

Kufikia wakati Isaac Newton aligundua sheria ya uvutano (1667), mfumo wa heliocentric wa ulimwengu wa N. Copernicus hatimaye ulianzishwa katika astronomia. Kulingana na hayo, kila moja ya sayari za mfumo huzunguka Jua katika obiti ambazo, kwa makadirio ya kutosha kwa mahesabu mengi, inaweza kuzingatiwa kuwa ya mviringo. KATIKA mapema XVII V. I. Kepler, akichambua kazi za T. Brahe, alianzisha sheria za kinematic zinazoonyesha mienendo ya sayari. Ugunduzi huo ukawa msingi wa kufafanua mienendo ya mwendo wa sayari, yaani, nguvu zinazoamua hasa aina hii ya mwendo wao.

Maelezo ya mwingiliano

Tofauti na mwingiliano dhaifu na wenye nguvu wa muda mfupi, mvuto na mashamba ya sumakuumeme kuwa na mali masafa marefu: ushawishi wao unajidhihirisha juu ya umbali mkubwa. Washa matukio ya mitambo Katika macrocosm, nguvu mbili hufanya kazi: umeme na mvuto. Ushawishi wa sayari kwenye satelaiti, kukimbia kwa kitu kilichotupwa au kuzinduliwa, kuelea kwa mwili kwenye kioevu - katika kila moja ya matukio haya nguvu za mvuto hufanya. Vitu hivi vinavutiwa na sayari na huvutia kwa hiyo, kwa hiyo jina "sheria ya mvuto wa ulimwengu wote".

Imethibitishwa kuwa kati ya miili ya kimwili nguvu ya mvuto wa pande zote hakika inafanya kazi. Matukio kama vile kuanguka kwa vitu kwa Dunia, kuzunguka kwa Mwezi na sayari kuzunguka Jua, kutokea chini ya ushawishi wa nguvu za mvuto wa ulimwengu wote, huitwa mvuto.

Sheria ya mvuto wa ulimwengu wote: formula

Mvuto wa ulimwengu wote umeundwa kama ifuatavyo: yoyote mbili kitu cha nyenzo huvutiwa kwa kila mmoja kwa nguvu fulani. Ukubwa wa nguvu hii ni sawia moja kwa moja na bidhaa ya wingi wa vitu hivi na ni sawia na mraba wa umbali kati yao:

Katika formula, m1 na m2 ni wingi wa vitu vya nyenzo vinavyojifunza; r ni umbali uliowekwa kati ya vituo vya wingi wa vitu vilivyohesabiwa; G ni wingi wa mvuto wa mara kwa mara unaoonyesha nguvu ambayo mvuto wa pamoja wa vitu viwili vyenye uzito wa kilo 1 kila moja, iko umbali wa m 1, hutokea.

Nguvu ya kivutio inategemea nini?

Sheria ya mvuto hufanya kazi tofauti kulingana na eneo. Kwa kuwa nguvu ya kivutio inategemea maadili ya latitudo katika eneo fulani, kuongeza kasi ni sawa kuanguka bure ina maana tofauti katika maeneo mbalimbali. Nguvu ya mvuto na, ipasavyo, kuongeza kasi ya kuanguka bure kuna thamani ya juu kwenye miti ya Dunia - nguvu ya mvuto katika pointi hizi ni sawa na nguvu ya kuvutia. Maadili ya chini itakuwa katika ikweta.

Dunia imefungwa kidogo, radius yake ya polar ni takriban 21.5 km chini ya radius ya ikweta. Walakini, utegemezi huu sio muhimu sana ikilinganishwa na mzunguko wa kila siku wa Dunia. Mahesabu yanaonyesha kuwa kwa sababu ya kupunguka kwa Dunia kwenye ikweta, ukubwa wa kuongeza kasi kwa sababu ya mvuto ni chini kidogo kuliko thamani yake kwenye nguzo kwa 0.18%, na baada ya mzunguko wa kila siku - kwa 0.34%.

Hata hivyo, katika sehemu moja ya Dunia, pembe kati ya vectors ya mwelekeo ni ndogo, hivyo tofauti kati ya nguvu ya mvuto na nguvu ya mvuto ni ndogo, na inaweza kupuuzwa katika mahesabu. Hiyo ni, tunaweza kudhani kuwa moduli za nguvu hizi ni sawa - kuongeza kasi ya mvuto karibu na uso wa Dunia ni sawa kila mahali na ni takriban 9.8 m / s².

Hitimisho

Isaac Newton alikuwa mwanasayansi ambaye alifanya mapinduzi ya kisayansi, akajenga upya kanuni za mienendo na, kwa misingi yao, aliunda picha ya kisayansi ya ulimwengu. Ugunduzi wake uliathiri maendeleo ya sayansi na uundaji wa tamaduni ya nyenzo na kiroho. Iliangukia kwa hatima ya Newton kurekebisha matokeo ya wazo la ulimwengu. Katika karne ya 17 Wanasayansi wamekamilisha kazi kubwa ya kujenga msingi wa sayansi mpya - fizikia.

Kwa nini jiwe lililotolewa kutoka kwa mikono yako huanguka duniani? Kwa sababu anavutiwa na Dunia, kila mmoja wenu atasema. Kwa kweli, jiwe huanguka kwa Dunia na kuongeza kasi ya mvuto. Kwa hivyo, nguvu iliyoelekezwa kuelekea Dunia hufanya kazi kwenye jiwe kutoka upande wa Dunia. Kwa mujibu wa sheria ya tatu ya Newton, jiwe hufanya kazi duniani kwa nguvu sawa ya ukubwa iliyoelekezwa kuelekea jiwe. Kwa maneno mengine, nguvu za mvuto wa pande zote hutenda kati ya Dunia na jiwe.

Newton alikuwa wa kwanza kukisia na kisha kuthibitisha kwa uthabiti kwamba sababu inayosababisha jiwe kuanguka kwenye Dunia, mwendo wa Mwezi kuzunguka Dunia na sayari kuzunguka Jua ni sawa. Hii ni nguvu ya uvutano inayofanya kazi kati ya miili yoyote katika Ulimwengu. Huu ndio mwendo wa hoja yake, iliyotolewa katika kitabu kikuu cha Newton, "Kanuni za Kihisabati za Falsafa Asili":

"Jiwe lililotupwa kwa mlalo litakengeuka chini ya ushawishi wa mvuto kutoka njia iliyonyooka na, baada ya kuelezea njia iliyopinda, hatimaye itaanguka Duniani. Ikiwa utaitupa kwa kasi ya juu, itaanguka zaidi "(Mchoro 1).

Kuendeleza hoja hizi, Newton anafikia hitimisho kwamba ikiwa si kwa upinzani wa hewa, basi trajectory ya jiwe lililotupwa kutoka. mlima mrefu kwa kasi fulani, inaweza kuwa hivi kwamba isingeweza kamwe kufikia uso wa Dunia hata kidogo, lakini ingeizunguka “kama vile sayari zinavyoelezea mizunguko yao katika anga ya juu.”

Sasa tumezoea sana harakati za satelaiti kuzunguka Dunia hivi kwamba hakuna haja ya kuelezea mawazo ya Newton kwa undani zaidi.

Kwa hivyo, kulingana na Newton, harakati ya Mwezi kuzunguka Dunia au sayari karibu na Jua pia ni kuanguka kwa bure, lakini ni kuanguka tu ambayo hudumu, bila kuacha, kwa mabilioni ya miaka. Sababu ya "kuanguka" kama hiyo (ikiwa tunazungumza juu ya kuanguka kwa jiwe la kawaida kwa Dunia au harakati za sayari kwenye njia zao) ni nguvu ya mvuto wa ulimwengu. Nguvu hii inategemea nini?

Utegemezi wa nguvu ya mvuto kwa wingi wa miili

Galileo alithibitisha kuwa wakati wa kuanguka bure Dunia hutoa kasi sawa kwa miili yote mahali fulani, bila kujali wingi wao. Lakini kwa mujibu wa sheria ya pili ya Newton, kuongeza kasi kunawiana kinyume na wingi. Tunawezaje kueleza kwamba kuongeza kasi inayotolewa kwa mwili kwa nguvu ya uvutano wa Dunia ni sawa kwa miili yote? Hii inawezekana tu ikiwa nguvu ya mvuto kuelekea Dunia inalingana moja kwa moja na wingi wa mwili. Katika kesi hii, kuongeza misa m, kwa mfano, kwa mara mbili itasababisha kuongezeka kwa moduli ya nguvu F pia mara mbili, na kuongeza kasi, ambayo ni sawa na \(a = \frac (F)(m)\), itabaki bila kubadilika. Kujumlisha hitimisho hili kwa nguvu za uvutano kati ya miili yoyote, tunahitimisha kuwa nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote inalingana moja kwa moja na wingi wa mwili ambao nguvu hii hufanya kazi.

Lakini angalau miili miwili inahusika katika mvuto wa pande zote. Kila mmoja wao, kwa mujibu wa sheria ya tatu ya Newton, inafanywa na nguvu za mvuto za ukubwa sawa. Kwa hiyo, kila moja ya nguvu hizi lazima iwe sawia na wingi wa mwili mmoja na wingi wa mwili mwingine. Kwa hivyo, nguvu ya mvuto wa ulimwengu kati ya miili miwili inalingana moja kwa moja na bidhaa za raia wao:

\(F \sim m_1 \cdot m_2\)

Utegemezi wa nguvu ya mvuto kwa umbali kati ya miili

Inajulikana kutokana na uzoefu kwamba kuongeza kasi ya mvuto ni 9.8 m/s 2 na ni sawa kwa miili inayoanguka kutoka urefu wa 1, 10 na 100 m, i.e. haitegemei umbali kati ya mwili na Dunia. . Hii inaonekana kumaanisha kuwa nguvu haitegemei umbali. Lakini Newton aliamini kwamba umbali haupaswi kuhesabiwa kutoka kwa uso, lakini kutoka katikati ya Dunia. Lakini radius ya Dunia ni 6400 km. Ni wazi kwamba makumi kadhaa, mamia au hata maelfu ya mita juu ya uso wa Dunia haiwezi kubadilisha thamani ya kuongeza kasi ya mvuto.

Ili kujua jinsi umbali kati ya miili huathiri nguvu ya mvuto wao wa pande zote, itakuwa muhimu kujua ni nini kuongeza kasi ya miili iliyo mbali na Dunia kwa umbali mkubwa wa kutosha. Walakini, ni ngumu kutazama na kusoma kuanguka kwa bure kwa mwili kutoka urefu wa maelfu ya kilomita juu ya Dunia. Lakini asili yenyewe ilikuja kuwaokoa hapa na kuifanya iwezekane kuamua kasi ya mwili unaosonga kwenye duara kuzunguka Dunia na kwa hivyo kuwa na kasi ya centripetal, iliyosababishwa, kwa kweli, na nguvu sawa ya mvuto kwa Dunia. Mwili kama huo ni satelaiti ya asili Dunia - Mwezi. Ikiwa nguvu ya kivutio kati ya Dunia na Mwezi haikutegemea umbali kati yao, basi kasi ya katikati ya Mwezi itakuwa sawa na kuongeza kasi ya mwili unaoanguka kwa uhuru karibu na uso wa Dunia. Kwa kweli, kasi ya katikati ya Mwezi ni 0.0027 m/s 2 .

Hebu tuthibitishe. Mzunguko wa Mwezi kuzunguka Dunia hutokea chini ya ushawishi wa nguvu ya mvuto kati yao. Takriban, obiti ya Mwezi inaweza kuchukuliwa kuwa mduara. Kwa hivyo, Dunia hutoa kasi ya katikati kwa Mwezi. Inakokotolewa kwa kutumia fomula \(a = \frac (4 \pi^2 \cdot R)(T^2)\), ambapo R- radius mzunguko wa mwezi, sawa na takriban radii 60 za Dunia, T≈ siku 27 masaa 7 dakika 43 ≈ 2.4∙10 6 s - kipindi cha mapinduzi ya Mwezi kuzunguka Dunia. Kwa kuzingatia kwamba radius ya Dunia R z ≈ 6.4∙10 6 m, tunaona kwamba kuongeza kasi ya katikati ya Mwezi ni sawa na:

\(a = \frac (4 \pi^2 \cdot 60 \cdot 6.4 \cdot 10^6)((2.4 \cdot 10^6)^2) \takriban 0.0027\) m/s 2.

Thamani ya kuongeza kasi iliyopatikana ni chini ya kasi ya kuanguka bila malipo kwa miili kwenye uso wa Dunia (9.8 m/s 2) kwa takriban 3600 = 60 mara 2.

Kwa hivyo, kuongezeka kwa umbali kati ya mwili na Dunia kwa mara 60 kulisababisha kupungua kwa kasi iliyoripotiwa. mvuto, na kwa hiyo nguvu ya kivutio yenyewe ni 60 2 mara.

Hii inasababisha hitimisho muhimu: kasi inayotolewa kwa miili kwa nguvu ya mvuto kuelekea Dunia inapungua kwa uwiano wa kinyume na mraba wa umbali wa katikati ya Dunia.

\(F \sim \frac (1)(R^2)\).

Sheria ya Mvuto

Mnamo 1667, Newton hatimaye alitunga sheria ya uvutano wa ulimwengu wote:

\(F = G \cdot \frac (m_1 \cdot m_2)(R^2).\quad (1)\)

Nguvu ya mvuto wa pande zote kati ya miili miwili ni sawia moja kwa moja na bidhaa ya wingi wa miili hii na inalingana kinyume na mraba wa umbali kati yao..

Sababu ya uwiano G kuitwa mvuto mara kwa mara.

Sheria ya Mvuto halali tu kwa miili ambayo vipimo vyake havitoshi ikilinganishwa na umbali kati yao. Kwa maneno mengine, ni haki tu kwa pointi za nyenzo. Katika kesi hii, nguvu za mwingiliano wa mvuto zinaelekezwa kando ya mstari unaounganisha pointi hizi (Mchoro 2). Nguvu ya aina hii inaitwa kati.

Ili kupata nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye mwili uliopewa kutoka upande wa mwingine, ikiwa saizi ya miili haiwezi kupuuzwa, endelea kama ifuatavyo. Miili yote miwili imegawanywa kiakili katika vitu vidogo ambavyo kila mmoja wao anaweza kuzingatiwa kuwa jambo. Kwa kuongeza nguvu za mvuto zinazofanya kazi kwa kila kipengele cha mwili uliopewa kutoka kwa vipengele vyote vya mwili mwingine, tunapata nguvu inayofanya juu ya kipengele hiki (Mchoro 3). Baada ya kufanya operesheni kama hiyo kwa kila kipengele cha mwili uliopewa na kuongeza nguvu zinazosababisha, nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye mwili huu hupatikana. Kazi hii ni ngumu.

Walakini, kuna kesi moja muhimu wakati fomula (1) inatumika kwa miili iliyopanuliwa. Inaweza kuthibitishwa kuwa miili ya spherical, ambayo msongamano wake unategemea tu umbali wa vituo vyao, wakati umbali kati yao ni mkubwa kuliko jumla ya radii zao, huvutiwa na nguvu ambazo moduli imedhamiriwa na formula (1). Kwa kesi hii R ni umbali kati ya vituo vya mipira.

Na mwishowe, kwa kuwa saizi za miili inayoanguka Duniani ni nyingi ukubwa mdogo Dunia, basi miili hii inaweza kuzingatiwa kama miili ya uhakika. Kisha chini R katika fomula (1) mtu anapaswa kuelewa umbali kutoka kwa mwili fulani hadi katikati ya Dunia.

Kati ya miili yote kuna nguvu za mvuto wa pande zote, kulingana na miili yenyewe (misa yao) na umbali kati yao.

Maana ya kimwili ya mara kwa mara ya mvuto

Kutoka kwa formula (1) tunapata

\(G = F \cdot \frac (R^2)(m_1 \cdot m_2)\).

Inafuata kwamba ikiwa umbali kati ya miili ni sawa na umoja ( R= 1 m) na wingi wa miili inayoingiliana pia ni sawa na umoja ( m 1 = m 2 = kilo 1), basi mvuto wa mara kwa mara ni sawa na moduli ya nguvu F. Hivyo ( maana ya kimwili ),

mvuto mara kwa mara ni sawa na moduli ya nguvu ya mvuto inayofanya kazi kwenye mwili wa kilo 1 kutoka kwa mwili mwingine wa misa sawa kwa umbali kati ya miili ya 1 m..

Katika SI, mara kwa mara mvuto huonyeshwa kama

Uzoefu wa Cavendish

Thamani ya mara kwa mara ya mvuto G inaweza kupatikana tu kwa majaribio. Ili kufanya hivyo, unahitaji kupima moduli ya nguvu ya mvuto F, kutenda juu ya mwili kwa wingi m 1 kutoka upande wa mwili wa misa m 2 kwa umbali unaojulikana R kati ya miili.

Vipimo vya kwanza vya nguvu ya mvuto vilifanywa ndani katikati ya karne ya 18 V. Kadiria, ingawa takribani sana, thamani G wakati huo iliwezekana kama matokeo ya kuzingatia mvuto wa pendulum kwenye mlima, wingi ambao uliamua na mbinu za kijiolojia.

Vipimo sahihi vya mara kwa mara ya mvuto vilifanywa kwa mara ya kwanza mnamo 1798. Mwanafizikia wa Kiingereza G. Cavendish kwa kutumia kifaa kinachoitwa torsion balance. Salio la msokoto linaonyeshwa kwa mpangilio katika Kielelezo 4.

Cavendish alipata mipira miwili midogo ya risasi (sentimita 5 kwa kipenyo na uzani m 1 = 775 g kila mmoja) kwenye ncha tofauti za fimbo ya mita mbili. Fimbo ilisimamishwa kwenye waya mwembamba. Kwa waya huu, nguvu za elastic zinazotokea ndani yake wakati wa kupotosha kwa pembe mbalimbali ziliamua hapo awali. Mipira miwili mikubwa ya risasi (sentimita 20 kwa kipenyo na uzani m 2 = 49.5 kg) inaweza kuletwa karibu na mipira ndogo. Nguvu za kuvutia kutoka kwa mipira mikubwa zilisababisha mipira midogo ielekee kwao, huku waya ulionyoshwa ukipinda kidogo. Kiwango cha twist kilikuwa kipimo cha nguvu inayofanya kazi kati ya mipira. Pembe ya twist ya waya (au mzunguko wa fimbo na mipira ndogo) iligeuka kuwa ndogo sana kwamba ilipaswa kupimwa kwa kutumia tube ya macho. Matokeo yaliyopatikana na Cavendish yanatofautiana kwa 1% tu kutoka kwa thamani ya nguvu ya mvuto inayokubalika leo:

G ≈ 6.67∙10 -11 (N∙m 2)/kg 2

Kwa hivyo, nguvu za kuvutia za miili miwili yenye uzito wa kilo 1 kila mmoja, iko umbali wa m 1 kutoka kwa kila mmoja, ni sawa katika modules kwa 6.67∙10 -11 N. Hii ni nguvu ndogo sana. Ni katika kesi tu wakati miili ya misa kubwa inaingiliana (au angalau misa ya moja ya miili ni kubwa) nguvu ya mvuto inakuwa kubwa. Kwa mfano, Dunia inavutia Mwezi kwa nguvu F≈ 2∙10 20 N.

Nguvu za uvutano ni "dhaifu" zaidi ya nguvu zote za asili. Hii ni kutokana na ukweli kwamba mara kwa mara ya mvuto ni ndogo. Lakini kwa wingi mkubwa wa miili ya cosmic, nguvu za mvuto wa ulimwengu huwa kubwa sana. Nguvu hizi huweka sayari zote karibu na Jua.

Maana ya sheria ya mvuto wa ulimwengu wote

Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote ina msingi wa mechanics ya mbinguni - sayansi ya mwendo wa sayari. Kwa msaada wa sheria hii, nafasi za miili ya mbinguni kwenye sayari imedhamiriwa kwa usahihi mkubwa. anga miongo mingi mapema na mapito yao yanahesabiwa. Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote pia hutumika katika kuhesabu mwendo wa satelaiti bandia za Dunia na magari ya kiotomatiki kati ya sayari.

Usumbufu katika mwendo wa sayari. Sayari hazitembei madhubuti kulingana na sheria za Kepler. Sheria za Kepler zingezingatiwa sana kwa mwendo wa sayari fulani ikiwa tu sayari hii moja inazunguka Jua. Lakini kuna sayari nyingi kwenye Mfumo wa Jua, zote zinavutiwa na Jua na kila mmoja. Kwa hiyo, usumbufu katika mwendo wa sayari hutokea. Katika Mfumo wa Jua, usumbufu ni mdogo kwa sababu mvuto wa sayari na Jua ni nguvu zaidi kuliko mvuto wa sayari zingine. Wakati wa kuhesabu nafasi zinazoonekana za sayari, usumbufu lazima uzingatiwe. Wakati wa kuzindua miili ya mbinguni ya bandia na wakati wa kuhesabu trajectories zao, nadharia ya takriban ya mwendo wa miili ya mbinguni hutumiwa - nadharia ya kupotosha.

Ugunduzi wa Neptune. Moja ya mifano mkali Ushindi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote ni ugunduzi wa sayari ya Neptune. Mnamo 1781, mtaalam wa nyota wa Kiingereza William Herschel aligundua sayari ya Uranus. Mzunguko wake ulihesabiwa na jedwali la nafasi za sayari hii liliundwa kwa miaka mingi ijayo. Walakini, ukaguzi wa jedwali hili, uliofanywa mnamo 1840, ulionyesha kuwa data yake inatofautiana na ukweli.

Wanasayansi wamependekeza kuwa kupotoka kwa harakati ya Uranus kunasababishwa na mvuto wa sayari isiyojulikana iliyo mbali zaidi na Jua kuliko Uranus. Kujua kupotoka kutoka kwa trajectory iliyohesabiwa (usumbufu katika harakati ya Uranus), Mwingereza Adams na Mfaransa Leverrier, kwa kutumia sheria ya mvuto wa ulimwengu wote, walihesabu nafasi ya sayari hii angani. Adams alimaliza hesabu zake mapema, lakini waangalizi ambao aliripoti matokeo yake hawakuwa na haraka ya kuangalia. Wakati huo huo, Leverrier, baada ya kumaliza mahesabu yake, alimwonyesha mtaalam wa nyota wa Ujerumani Halle mahali pa kutafuta sayari isiyojulikana. Jioni ya kwanza kabisa, Septemba 28, 1846, Halle, akielekeza darubini mahali palipoonyeshwa, aligundua. sayari mpya. Aliitwa Neptune.

Kwa njia hiyo hiyo, sayari ya Pluto iligunduliwa mnamo Machi 14, 1930. Ugunduzi wote wawili unasemekana kufanywa "kwenye ncha ya kalamu."

Kutumia sheria ya mvuto wa ulimwengu wote, unaweza kuhesabu wingi wa sayari na satelaiti zao; kueleza matukio kama vile kupungua na mtiririko wa maji katika bahari, na mengi zaidi.

Nguvu za mvuto wa ulimwengu wote ni za ulimwengu zaidi ya nguvu zote za asili. Wanatenda kati ya miili yoyote iliyo na misa, na miili yote ina misa. Hakuna vikwazo kwa nguvu za mvuto. Wanatenda kupitia mwili wowote.

Fasihi

Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizikia: Kitabu cha maandishi. kwa daraja la 9. wastani. shule - M.: Elimu, 1992. - 191 p.
Fizikia: Mechanics. Daraja la 10: Kitabu cha maandishi. Kwa utafiti wa kina wanafizikia / M.M. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky na wengine; Mh. G.Ya. Myakisheva. - M.: Bustard, 2002. - 496 p.

Mwanadamu amejua kwa muda mrefu nguvu inayofanya miili yote kuanguka duniani. Lakini hadi karne ya 17. Iliaminika kuwa Dunia tu ina mali maalum ya kuvutia miili iko karibu na uso wake. Mnamo 1667, Newton alipendekeza kwamba kwa ujumla nguvu za mvuto wa pande zote hutenda kati ya miili yote. Aliziita nguvu hizi nguvu za uvutano wa ulimwengu wote.

Newton aligundua sheria za mwendo wa miili. Kwa mujibu wa sheria hizi, mwendo na kuongeza kasi inawezekana tu chini ya ushawishi wa nguvu. Kwa kuwa miili inayoanguka husogea kwa kasi, lazima ichukuliwe hatua kwa nguvu inayoelekezwa chini kuelekea Dunia.

Kwa nini hatuoni mvuto wa pande zote kati ya miili inayotuzunguka? Labda hii inaelezewa na ukweli kwamba nguvu za kuvutia kati yao ni ndogo sana?

Newton aliweza kuonyesha kuwa nguvu ya kivutio kati ya miili inategemea wingi wa miili yote miwili na, kama ilivyotokea, inafikia thamani inayoonekana tu wakati miili inayoingiliana (au angalau mmoja wao) ina wingi wa kutosha.

Kuongeza kasi ya mvuto kunatofautishwa na kipengele cha udadisi kwamba ni sawa katika mahali fulani kwa miili yote, kwa miili ya misa yoyote. Kwa mtazamo wa kwanza, hii ni mali ya ajabu sana. Baada ya yote, kutoka kwa fomula inayoelezea sheria ya pili ya Newton,

inafuata kwamba kuongeza kasi ya mwili inapaswa kuwa kubwa zaidi, ndogo ya molekuli yake. Miili iliyo na misa ya chini lazima ianguke kwa kasi zaidi kuliko miili iliyo na misa kubwa. Uzoefu umeonyesha (tazama § 20) kwamba uharakishaji wa miili inayoanguka kwa uhuru hautegemei wingi wao. Maelezo pekee ambayo yanaweza kupatikana kwa hili la kushangaza

ukweli, ni kwamba nguvu yenyewe ambayo Dunia inavutia mwili ni sawia na wingi wake i.e.

Hakika, katika kesi hii, kwa mfano, mara mbili ya wingi pia itaongeza nguvu mara mbili, lakini kuongeza kasi, ambayo ni sawa na uwiano, itabaki bila kubadilika. Newton alifanya hitimisho sahihi tu: nguvu ya mvuto wa ulimwengu ni sawia na wingi wa mwili ambao hufanya kazi. Lakini miili huvutia kila mmoja. Na kwa mujibu wa sheria ya tatu ya Newton, nguvu za thamani sawa kabisa hutenda kwa miili yote inayovutia. Hii ina maana kwamba nguvu ya mvuto wa pande zote lazima iwe sawia na wingi wa kila moja ya miili ya kuvutia. Kisha miili yote miwili itapokea kuongeza kasi ambayo haitegemei raia wao.

Ikiwa nguvu ni sawa na wingi wa kila moja ya miili inayoingiliana, basi hii ina maana kwamba ni sawa na bidhaa za wingi wa miili yote miwili.

Ni nini kingine ambacho nguvu ya mvuto wa pande zote kati ya miili miwili inategemea? Newton alipendekeza kwamba inapaswa kutegemea umbali kati ya miili. Inajulikana kutokana na uzoefu kwamba karibu na Dunia kasi ya kuanguka kwa bure ni sawa na ni sawa kwa miili inayoanguka kutoka urefu wa 1, 10 au 100. Lakini kutokana na hili bado hatuwezi kuhitimisha kwamba kuongeza kasi haitegemei. umbali wa Dunia. Newton aliamini kwamba umbali haupaswi kuhesabiwa kutoka kwa uso wa Dunia, lakini kutoka katikati yake. Lakini radius ya Dunia ni 6400 km. Kwa hiyo ni wazi kwamba makumi kadhaa au mamia ya mita juu ya uso wa Dunia haiwezi kubadilisha kasi ya mvuto.

Ili kujua jinsi umbali kati ya miili huathiri nguvu ya mvuto wao wa pande zote, unahitaji kujua ni miili gani ya kuongeza kasi inayotembea kwa umbali mkubwa kutoka kwa uso wa Dunia.

Ni wazi kuwa ni vigumu kupima kasi ya wima ya kuanguka bure kwa miili iliyo kwenye urefu wa kilomita elfu kadhaa juu ya uso wa Dunia. Ni rahisi zaidi kupima kasi ya katikati ya mwili unaozunguka Dunia katika mduara chini ya ushawishi wa nguvu ya mvuto kuelekea Dunia. Hebu tukumbuke kwamba tulitumia mbinu sawa wakati wa kujifunza nguvu ya elastic. Tulipima kasi ya centripetal ya silinda inayohamia kwenye mduara chini ya ushawishi wa nguvu hii.

Katika kusoma nguvu ya mvuto wa ulimwengu, maumbile yenyewe yalikuja kwa msaada wa wanafizikia na kuifanya iwezekane kuamua kasi ya mwili unaosonga kwenye duara kuzunguka Dunia. Mwili kama huo ni satelaiti ya asili ya Dunia - Mwezi. Baada ya yote, ikiwa dhana ya Newton ni sahihi, basi tunapaswa kudhani kwamba kuongeza kasi ya katikati ya Mwezi unaposonga kwenye mduara kuzunguka Dunia hutolewa na nguvu ya mvuto wake kwa Dunia. Ikiwa nguvu ya mvuto kati ya Mwezi na Dunia haikutegemea umbali kati yao, basi kasi ya katikati ya Mwezi ingekuwa sawa na kuongeza kasi.

kuanguka bure kwa miili karibu na uso wa Dunia. Kwa kweli, kasi ya katikati ambayo Mwezi unasonga katika obiti yake ni sawa, kama tunavyojua tayari (angalia Zoezi la 16, Tatizo la 9), . Na hii ni takriban mara 3600 chini ya kuongeza kasi ya miili inayoanguka karibu na Dunia. Wakati huo huo, inajulikana kuwa umbali kutoka katikati ya Dunia hadi katikati ya Mwezi ni kilomita 384,000. Hii ni mara 60 ya radius ya Dunia, i.e. umbali kutoka katikati ya Dunia hadi uso wake. Kwa hivyo, kuongezeka kwa umbali kati ya kuvutia miili kwa mara 60 husababisha kupungua kwa kasi kwa mara 602. Kutoka kwa hili tunaweza kuhitimisha kwamba kuongeza kasi iliyotolewa kwa miili kwa nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote, na kwa hiyo nguvu hii yenyewe, ni kinyume na mraba wa umbali kati ya miili inayoingiliana.

Newton alifikia hitimisho hili.

Kwa hivyo, tunaweza kuandika kwamba miili miwili ya misa inavutiwa kwa kila mmoja kwa nguvu, dhamana kamili ambayo inaonyeshwa na formula.

wapi umbali kati ya miili, y ni mgawo wa uwiano, sawa kwa miili yote katika asili. Mgawo huu wa mvuto wa ulimwengu wote unaitwa mara kwa mara ya mvuto.

Njia iliyo hapo juu inaelezea sheria ya uvutano wa ulimwengu wote iliyogunduliwa na Newton:

Miili yote inavutiwa kwa kila mmoja kwa nguvu inayolingana moja kwa moja na bidhaa za raia wao na kinyume chake sawia na mraba wa umbali kati yao.

Chini ya ushawishi wa mvuto wa ulimwengu wote, sayari zote mbili huzunguka Jua na satelaiti za bandia kuzunguka Dunia.

Lakini ni nini kinachopaswa kueleweka kwa umbali kati ya miili inayoingiliana? Hebu tuchukue miili miwili ya sura ya kiholela (Mchoro 109). Swali linatokea mara moja: ni umbali gani unapaswa kubadilishwa katika fomula ya sheria ya uvutano wa ulimwengu? Umbali kati

pointi za mbali zaidi za uso wa miili yote miwili au, kinyume chake, umbali kati ya pointi za karibu zaidi? Au labda umbali kati ya sehemu zingine za mwili?

Inabadilika kuwa formula (1), inayoelezea sheria ya mvuto wa ulimwengu wote, ni halali wakati umbali kati ya miili ni kubwa sana ikilinganishwa na ukubwa wao kwamba miili inaweza kuchukuliwa kuwa pointi za nyenzo. Wakati wa kuhesabu nguvu ya mvuto kati yao, Dunia na Mwezi, sayari na Jua zinaweza kuzingatiwa kuwa nyenzo za nyenzo.

Ikiwa miili ina sura ya mipira, basi hata ikiwa ukubwa wao ni sawa na umbali kati yao, huvutia kila mmoja kama pointi za nyenzo ziko kwenye vituo vya mipira (Mchoro 110). Katika kesi hii, hii ni umbali kati ya vituo vya mipira.

Mfumo (1) pia unaweza kutumika wakati wa kuhesabu nguvu ya kivutio kati ya mpira wa radius kubwa na mwili wa sura ya kiholela ya vipimo vidogo vilivyo karibu na uso wa mpira (Mchoro 111). Kisha vipimo vya mwili vinaweza kupuuzwa kwa kulinganisha na radius ya mpira. Hivi ndivyo tunavyofanya tunapozingatia kivutio miili tofauti kwa ulimwengu.

Nguvu ya mvuto ni mfano mwingine wa nguvu ambayo inategemea nafasi (kuratibu) ya mwili ambayo nguvu hii inafanya kazi, kuhusiana na mwili ambao una athari. Baada ya yote, nguvu ya mvuto inategemea umbali kati ya miili.

Karne ya 16 - 17 inaitwa kwa usahihi na wengi kama moja ya vipindi vitukufu zaidi ulimwenguni. Ilikuwa wakati huu ambapo misingi iliwekwa, bila ambayo maendeleo zaidi sayansi hii itakuwa tu isiyofikirika. Copernicus, Galileo, Kepler walifanya kazi nzuri ya kuanzisha fizikia kama sayansi ambayo inaweza kujibu karibu swali lolote. Imesimama kando katika safu nzima ya uvumbuzi ni sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, uundaji wa mwisho ambao ni wa mwanasayansi bora wa Kiingereza Isaac Newton.

Umuhimu mkuu wa kazi ya mwanasayansi huyu haukuwa katika ugunduzi wake wa nguvu ya uvutano wa ulimwengu - wote wawili Galileo na Kepler walizungumza juu ya uwepo wa idadi hii hata kabla ya Newton, lakini kwa ukweli kwamba alikuwa wa kwanza kudhibitisha kwamba nguvu hizo hizo hutenda. Duniani na angani nguvu zile zile za mwingiliano kati ya miili.

Newton alithibitisha katika mazoezi na kinadharia alithibitisha ukweli kwamba miili yote katika Ulimwengu, pamoja na ile iliyoko Duniani, inaingiliana. Mwingiliano huu unaitwa mvuto, wakati mchakato wa uvutano wa ulimwengu wenyewe unaitwa uvutano.
Mwingiliano huu hutokea kati ya miili kwa sababu kuna aina maalum, tofauti ya suala, ambayo katika sayansi inaitwa uwanja wa mvuto. Shamba hili lipo na linafanya kazi karibu na kitu chochote kabisa, na hakuna ulinzi kutoka kwake, kwa kuwa ina uwezo wa pekee wa kupenya nyenzo yoyote.

Nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote, ufafanuzi na uundaji wake ambao ulitolewa, inategemea moja kwa moja juu ya bidhaa ya wingi wa miili inayoingiliana, na katika uhusiano wa kinyume kutoka kwa mraba wa umbali kati ya vitu hivi. Kulingana na maoni ya Newton, ambayo yamethibitishwa bila shaka na utafiti wa vitendo, nguvu ya mvuto wa ulimwengu hupatikana kulingana na fomula ifuatayo:

Ndani yake maana maalum ni ya G mara kwa mara ya mvuto, ambayo ni takriban sawa na 6.67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

Nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote ambayo miili inavutiwa na Dunia ni kesi maalum Sheria ya Newton inaitwa mvuto. KATIKA kwa kesi hii Nguvu ya mvuto ya mara kwa mara na misa ya Dunia yenyewe inaweza kupuuzwa, kwa hivyo formula ya kupata nguvu ya mvuto itaonekana kama hii:

Hapa g sio kitu zaidi ya kuongeza kasi ambayo thamani ya nambari ni takriban sawa na 9.8 m/s2.

Sheria ya Newton haielezi tu michakato inayotokea moja kwa moja Duniani, inajibu maswali mengi yanayohusiana na muundo wa mfumo mzima wa jua. Hasa, nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote ina ushawishi wa kuamua juu ya harakati za sayari kwenye njia zao. Maelezo ya kinadharia ya harakati hii yalitolewa na Kepler, lakini uhalali wake uliwezekana tu baada ya Newton kuunda sheria yake maarufu.

Newton mwenyewe aliunganisha matukio ya mvuto wa dunia na wa nje kwa kutumia mfano rahisi: wakati wa kufukuzwa, hauruki moja kwa moja, lakini pamoja na trajectory ya arcuate. Zaidi ya hayo, kwa kuongezeka kwa malipo ya bunduki na wingi wa msingi, mwisho huo utaruka zaidi na zaidi. Mwishowe, ikiwa tunadhania kwamba inawezekana kupata bunduki nyingi na kuunda kanuni kama hiyo ili bunduki iweze kuruka duniani kote, basi, baada ya kufanya harakati hii, haitaacha, lakini itaendelea harakati zake za mviringo (ellipsoidal), Kama matokeo, nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote ni sawa katika maumbile duniani na angani.

Sio tu ya kushangaza zaidi nguvu za asili, lakini pia yenye nguvu zaidi.

Mwanadamu kwenye njia ya maendeleo

Kihistoria iligeuka kuwa Binadamu inaposonga mbele njia za maendeleo kufahamu nguvu zinazozidi kuwa na nguvu za asili. Alianza akiwa hana chochote ila fimbo iliyoshikana kwenye ngumi na nguvu zake za kimwili.

Lakini alikuwa na hekima, na alileta nguvu za kimwili za wanyama katika utumishi wake, akiwafanya wafugwe. Farasi alikimbia kwa kasi, ngamia akafanya jangwa kupitika, tembo akatengeneza msitu wenye majimaji. Lakini nguvu za kimwili hata wanyama wenye nguvu zaidi ni dhaifu sana mbele ya nguvu za asili.

Mwanadamu alikuwa wa kwanza kutiisha kipengele cha moto, lakini tu katika matoleo yake dhaifu zaidi. Mwanzoni - kwa karne nyingi - alitumia kuni tu kama mafuta - aina ya mafuta ya chini sana. Baadaye kidogo, alijifunza kutumia chanzo hiki cha nishati kutumia nishati ya upepo, mtu huyo aliinua bawa nyeupe ya tanga angani - na meli nyepesi ikaruka kama ndege kwenye mawimbi.

Sailboat juu ya mawimbi

Aliweka wazi blade za kinu kwa upepo wa upepo - na mawe mazito ya mawe ya kusagia yakaanza kuzunguka, na milipuko ya wasagaji ikaanza kunguruma. Lakini ni wazi kwa kila mtu kwamba nishati ya ndege za hewa ni mbali na kujilimbikizia. Kwa kuongeza, meli na upepo wa upepo waliogopa upepo wa upepo: dhoruba ilipasua meli na kuzama meli, dhoruba ilivunja mbawa na kupindua mills.

Hata baadaye, mwanadamu alianza kushinda maji yanayotiririka. Gurudumu sio tu ya vifaa vya zamani zaidi vinavyoweza kubadilisha nishati ya maji kuwa harakati za mzunguko, lakini pia yenye nguvu kidogo ikilinganishwa na zile mbalimbali.

Mwanadamu alienda mbele kila wakati kwenye ngazi ya maendeleo na alihitaji nguvu zaidi na zaidi.
Alianza kutumia aina mpya za mafuta - tayari kubadili mwako makaa ya mawe iliinua nguvu ya nishati ya kilo ya mafuta kutoka 2500 kcal hadi 7000 kcal - karibu mara tatu. Kisha ukafika wakati wa mafuta na gesi. Maudhui ya nishati ya kila kilo ya mafuta ya mafuta yameongezeka tena kwa moja na nusu hadi mara mbili.

Injini za mvuke zilibadilisha turbine za mvuke; magurudumu ya kinu yalibadilishwa na turbine za majimaji. Kisha, mtu huyo alinyoosha mkono wake kwenye atomi ya urani iliyokuwa ikigawanyika. Walakini, matumizi ya kwanza ya aina mpya ya nishati yalikuwa na matokeo mabaya - moto wa nyuklia wa Hiroshima mnamo 1945 ulichoma mioyo ya wanadamu elfu 70 ndani ya dakika moja.

Mnamo 1954, Soviet ya kwanza ulimwenguni kiwanda cha nguvu za nyuklia, kubadilisha nguvu ya urani kuwa nguvu ya mionzi ya sasa ya umeme. Na ikumbukwe kwamba kilo ya uranium ina nishati mara milioni mbili zaidi ya kilo ya mafuta bora.

Huu ulikuwa moto mpya kimsingi, ambao unaweza kuitwa wa mwili, kwa sababu walikuwa wanafizikia ambao walisoma michakato inayoongoza kwa kuzaliwa kwa nguvu nyingi kama hizo.
Uranium sio mafuta pekee ya nyuklia. Aina yenye nguvu zaidi ya mafuta tayari inatumiwa - isotopu za hidrojeni.

Kwa bahati mbaya, mwanadamu bado hajaweza kutawala mwali wa nyuklia wa hidrojeni-heli. Anajua jinsi ya kuwasha moto wake unaowaka kwa muda, na kuwasha majibu ndani bomu ya hidrojeni mwanga wa mlipuko wa urani. Lakini wanasayansi pia wanaona reactor ya hidrojeni, ambayo itazaa, karibu na karibu. umeme kama matokeo ya muunganisho wa viini vya isotopu hidrojeni kwenye viini vya heliamu.

Tena, kiasi cha nishati ambacho mtu anaweza kuchukua kutoka kwa kila kilo ya mafuta kitaongezeka karibu mara kumi. Lakini je, hatua hii itakuwa ya mwisho katika historia inayokuja ya uwezo wa mwanadamu juu ya nguvu za asili?

Hapana! Mbele - ustadi mtazamo wa mvuto nishati. Imewekwa kwa busara zaidi na asili kuliko hata nishati ya muunganisho wa hidrojeni-heli. Leo hii ndiyo aina ya nishati iliyojilimbikizia zaidi ambayo mtu anaweza hata kufikiria.

Hakuna kitu zaidi kinachoonekana hapo, zaidi ya makali ya sayansi. Na ingawa tunaweza kusema kwa ujasiri kwamba mitambo ya nguvu itafanya kazi kwa wanadamu, ikibadilisha nishati ya mvuto kuwa mkondo wa umeme (na labda kuwa mkondo wa gesi inayotoka kwenye pua. injini ya ndege, au katika mabadiliko yaliyopangwa ya silicon inayopatikana kila mahali na atomi za oksijeni kuwa atomi za metali adimu sana), bado hatuwezi kusema chochote juu ya maelezo ya mtambo kama huo wa nguvu (injini ya roketi, kinuni ya mwili).

Nguvu ya uvutano wa ulimwengu wote kwenye asili ya kuzaliwa kwa Galaksi

Nguvu ya uvutano wa ulimwengu wote iko kwenye asili ya kuzaliwa kwa galaksi kutoka kwa jambo la prestellar, kama Msomi V.A. Ambartsumyan anashawishika. Inazima nyota ambazo zimechoma wakati wao, baada ya kutumia mafuta ya nyota ambayo walipewa wakati wa kuzaliwa.

Angalia karibu na wewe: kila kitu hapa Duniani kinadhibitiwa kwa kiasi kikubwa na nguvu hii.

Ni hii ambayo huamua muundo wa safu ya sayari yetu - ubadilishaji wa lithosphere, hydrosphere na anga. Ni yeye ambaye anashikilia safu nene ya gesi ya hewa, ambayo chini yake na shukrani ambayo sisi sote tupo.

Bila mvuto, Dunia ingeanguka mara moja kutoka kwenye mzunguko wake wa kuzunguka Jua, na dunia yenyewe ingegawanyika, ikitenganishwa na nguvu za centrifugal. Ni vigumu kupata kitu chochote ambacho hakingekuwa, kwa kiwango kimoja au kingine, kinategemea nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote.

Kwa kweli, wanafalsafa wa zamani, watu waangalifu sana, hawakuweza kusaidia lakini kugundua kwamba jiwe lililotupwa juu kila wakati linarudi. Plato katika karne ya 4 KK alieleza hili kwa kusema kwamba vitu vyote vya Ulimwengu huelekea mahali ambapo vitu vingi vinavyofanana vimejilimbikizia: jiwe lililotupwa huanguka chini au kwenda chini, maji yaliyomwagika huingia ndani ya bwawa la karibu au ndani. mto upitao baharini, moshi wa moto hutoka kwa kasi kuelekea mawingu ya jamaa zake.

Mwanafunzi wa Plato, Aristotle, alifafanua kwamba miili yote ina sifa maalum za uzito na wepesi. Miili nzito - mawe, metali - kukimbilia katikati ya Ulimwengu, miili nyepesi - moto, moshi, mvuke - kwa pembezoni. Dhana hii, ambayo inaelezea baadhi ya matukio yanayohusiana na nguvu ya mvuto wa ulimwengu, imekuwepo kwa zaidi ya miaka elfu 2.

Wanasayansi kuhusu nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote

Pengine wa kwanza kuuliza swali kuhusu nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote kweli kisayansi, kulikuwa na fikra ya Renaissance - Leonardo da Vinci. Leonardo alitangaza kwamba mvuto sio pekee kwa Dunia, kwamba kuna vituo vingi vya mvuto. Na pia alionyesha wazo kwamba nguvu ya mvuto inategemea umbali wa katikati ya mvuto.

Kazi za Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke zilileta karibu na karibu na wazo la sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, lakini katika uundaji wake wa mwisho sheria hii inahusishwa milele na jina la Isaac Newton.

Isaac Newton juu ya nguvu ya uvutano ya ulimwengu wote

Alizaliwa Januari 4, 1643. Cumshot Chuo kikuu cha Cambridge, akawa bachelor, kisha bwana wa sayansi.

Isaac Newton

Kila kitu zaidi ni utajiri usio na mwisho kazi za kisayansi. Lakini kazi yake kuu ni “Kanuni za Hisabati za Falsafa ya Asili,” iliyochapishwa mwaka wa 1687 na kwa kawaida huitwa “Kanuni” kwa urahisi. Ni ndani yao ambayo kubwa imeundwa. Labda kila mtu anamkumbuka kutoka shule ya upili.

Miili yote huvutiana kwa nguvu inayolingana moja kwa moja na bidhaa ya wingi wa miili hii na sawia na mraba wa umbali kati yao...

Baadhi ya vifungu vya uundaji huu viliweza kutarajia watangulizi wa Newton, lakini hakuna mtu aliyewahi kufaulu kuifanikisha kwa ukamilifu. Ilichukua fikra za Newton kukusanya vipande hivi katika sehemu moja ili kupanua mvuto wa Dunia hadi kwenye Mwezi, na Jua kwenye mfumo mzima wa sayari.

Kutoka kwa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, Newton aligundua sheria zote za mwendo wa sayari zilizogunduliwa hapo awali na Kepler. Ziligeuka kuwa matokeo yake tu. Aidha, Newton alionyesha kwamba sio tu sheria za Kepler, lakini pia kupotoka kutoka kwa sheria hizi (katika ulimwengu wa miili mitatu au zaidi) ni matokeo ya mvuto wa ulimwengu ... Hii ilikuwa ushindi mkubwa wa sayansi.

Ilionekana kuwa hatimaye ilikuwa imegunduliwa na kuelezewa kihisabati nguvu kuu asili, ambayo husogeza ulimwengu, nguvu inayodhibiti molekuli za hewa, tufaha, na Jua. Hatua iliyochukuliwa na Newton ilikuwa kubwa sana, kubwa mno.

Mtangazaji wa kwanza wa kazi za mwanasayansi mahiri Mwandishi wa Ufaransa François Marie Arouet, maarufu duniani chini ya jina bandia la Voltaire, alisema kwamba Newton aligundua ghafla kuwepo kwa sheria iliyopewa jina lake alipotazama tufaha lililoanguka.

Newton mwenyewe hakuwahi kutaja apple hii. Na haifai kupoteza wakati leo kukanusha hadithi hii nzuri. Na, inaonekana, Newton alikuja kufahamu uwezo mkuu wa asili kupitia mawazo yenye mantiki. Pengine, ni hii ambayo ilijumuishwa katika sura inayofanana ya "Mwanzo".

Nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote huathiri kukimbia kwa kiini

Hebu tuchukulie hivyo sana mlima mrefu, juu sana kwamba sehemu yake ya juu tayari iko nje ya anga, tuliweka kipande kikubwa cha ufundi. Pipa lake lilikuwa limewekwa sawa kabisa na uso dunia na kufukuzwa kazi. Baada ya kuelezea arc, msingi huanguka duniani.

Tunaongeza chaji, kuboresha ubora wa baruti, na kwa njia moja au nyingine tunalazimisha mpira wa kanuni kusogea kwa kasi ya juu baada ya risasi inayofuata. Arc iliyoelezwa na msingi inakuwa gorofa. Msingi huanguka zaidi kutoka chini ya mlima wetu.

Pia tunaongeza malipo na risasi. Msingi huo huruka kando ya njia tambarare hivi kwamba inashuka sambamba na uso wa dunia. Msingi hauwezi tena kuanguka kwa Dunia: kwa kasi ile ile ambayo inapungua, Dunia inatoka chini yake. Na, baada ya kuelezea pete karibu na sayari yetu, msingi unarudi kwenye hatua ya kuondoka.

Wakati huo huo, bunduki inaweza kuondolewa. Baada ya yote, kukimbia kwa msingi kote ulimwenguni kutachukua zaidi ya saa moja. Na kisha msingi utaruka haraka juu ya mlima na kuanza safari mpya kuzunguka Dunia. Ikiwa, kama tulivyokubaliana, msingi haupati upinzani wowote wa hewa, hautaweza kuanguka kamwe.

Kwa hili, kasi ya msingi inapaswa kuwa karibu na 8 km / sec. Je, ikiwa tutaongeza kasi ya ndege ya msingi? Itaruka kwanza kwenye arc, gorofa kuliko curvature uso wa dunia, na itaanza kusogea mbali na Dunia. Wakati huo huo, kasi yake itapungua chini ya ushawishi wa mvuto wa Dunia.

Na mwishowe, ikigeuka, itaanza kurudi Duniani, lakini itaruka nyuma yake na kufunga sio duara, lakini duaradufu. Msingi utazunguka Dunia kwa njia ile ile kama Dunia inavyozunguka Jua, ambayo ni kando ya duaradufu, kwenye moja ya foci ambayo katikati ya sayari yetu itakuwa iko.

Ikiwa unaongeza kasi ya awali ya msingi, ellipse itaenea zaidi. Inawezekana kunyoosha duaradufu hii ili msingi ufikie mzunguko wa mwezi au hata zaidi. Lakini mpaka kasi ya kuanzia msingi huu hautazidi 11.2 km/sec, itabaki kuwa satelaiti ya Dunia.

Kiini, ambacho kilipokea kasi ya zaidi ya kilomita 11.2/sekunde kilipofyatuliwa, kitaruka milele kutoka kwenye Dunia kwa njia ya kimfano. Ikiwa duaradufu ni curve iliyofungwa, basi parabola ni curve ambayo ina matawi mawili kwenda kwa infinity. Kusonga kwenye duaradufu, haijalishi ni ndefu kiasi gani, bila shaka tutarudi kwa utaratibu kwenye sehemu ya kuanzia. Kusonga pamoja na parabola, hatutarudi kwenye hatua ya kuanzia.

Lakini, baada ya kuiacha Dunia kwa kasi hii, msingi bado hautaweza kuruka kwa infinity. Mvuto wenye nguvu wa Jua utapinda njia ya kuruka kwake, na kuifunga yenyewe kama mapito ya sayari. Msingi utakuwa dada wa Dunia, sayari ndogo inayojitegemea katika familia yetu ya sayari.

Ili kuelekeza msingi zaidi mfumo wa sayari Ili kuondokana na mvuto wa jua, unahitaji kutoa kasi ya zaidi ya kilomita 16.7 / sec, na uelekeze ili kasi ya mwendo wa Dunia yenyewe iongezwe kwa kasi hii.

Kasi ya karibu 8 km / s (kasi hii inategemea urefu wa mlima ambao mizinga yetu hupiga moto) inaitwa kasi ya mviringo, kasi kutoka 8 hadi 11.2 km / s ni ya mviringo, kutoka 11.2 hadi 16.7 km / s ni parabolic , na juu ya nambari hii - kwa kasi ya ukombozi.

Inapaswa kuongezwa hapa kwamba maadili yaliyotolewa ya kasi hizi ni halali kwa Dunia tu. Ikiwa tungeishi kwenye Mirihi, kasi ya duara ingeweza kupatikana kwa urahisi zaidi kwetu - ni kama kilomita 3.6 tu kwa sekunde huko, na kasi ya kimfano inazidi kidogo kilomita 5 kwa sekunde.

Lakini kutuma msingi katika nafasi kutoka kwa Jupiter itakuwa vigumu zaidi kuliko kutoka duniani: kasi ya mviringo kwenye sayari hii ni 42.2 km / sec, na kasi ya parabolic ni hata 61.8 km / sec!

Ingekuwa ngumu zaidi kwa wenyeji wa Jua kuondoka kwenye ulimwengu wao (ikiwa, bila shaka, vile vinaweza kuwepo). Kasi ya mviringo ya giant hii inapaswa kuwa 437.6, na kasi ya kuvunja - 618.8 km / sec!

Kwa hivyo Newton marehemu XVII karne, miaka mia moja kabla ya ndege ya kwanza kujazwa hewa ya joto puto la akina Montgolfier, miaka mia mbili kabla ya safari za kwanza za ndege ya akina Wright na karibu robo ya milenia kabla ya kupaa kwa roketi za kwanza zinazoendesha kioevu, ilionyesha njia ya kwenda angani kwa satelaiti na vyombo vya anga.

Nguvu ya mvuto wa ulimwengu ni ya asili katika kila nyanja

Kwa kutumia sheria ya mvuto wa ulimwengu wote sayari zisizojulikana ziligunduliwa, hypotheses za cosmogonic za asili ya mfumo wa jua ziliundwa. Nguvu kuu ya asili, ambayo inadhibiti nyota, sayari, tufaha kwenye bustani, na molekuli za gesi angani, imegunduliwa na kuelezewa kihisabati.

Lakini hatujui utaratibu wa mvuto wa ulimwengu wote. Mvuto wa Newtonia hauelezei, lakini inawakilisha wazi hali ya sasa harakati za sayari.

Hatujui ni nini husababisha mwingiliano wa miili yote katika Ulimwengu. Na haiwezi kusemwa kuwa Newton hakupendezwa na sababu hii. Kwa miaka mingi alitafakari utaratibu wake unaowezekana.

Kwa njia, hii ni nguvu ya ajabu sana. Nguvu inayojidhihirisha kupitia mamia ya mamilioni ya kilomita ya nafasi, bila mtazamo wa kwanza wa uundaji wa nyenzo kwa msaada ambao uhamishaji wa mwingiliano unaweza kuelezewa.

Nadharia za Newton

NA Newton wameamua hypothesis kuhusu kuwepo kwa etha fulani ambayo eti inajaza Ulimwengu mzima. Mnamo 1675, alielezea kivutio cha Dunia kwa ukweli kwamba ether, ambayo inajaza Ulimwengu wote, inakimbilia kwenye mito inayoendelea katikati ya Dunia, ikikamata vitu vyote kwenye harakati hii na kuunda nguvu ya mvuto. Mtiririko sawa wa etha hukimbilia Jua na, ukibeba sayari na kometi pamoja nayo, huhakikisha njia zao za duaradufu...

Hii haikuwa nadharia ya kushawishi sana, ingawa ilikuwa ya kimantiki kabisa. Lakini basi, mnamo 1679, Newton aliunda dhana mpya, akielezea utaratibu wa mvuto. Wakati huu anatoa etha mali ya kuwa na viwango tofauti karibu na sayari na mbali nao. Umbali zaidi kutoka katikati ya sayari, ndivyo etha inavyodaiwa kuwa mnene. Na ina mali ya kufinya miili yote ya nyenzo kutoka kwa tabaka zao mnene hadi zile mnene kidogo. Na miili yote imeminywa kwenye uso wa Dunia.

Mnamo 1706, Newton alikanusha vikali uwepo wa ether. Mnamo 1717, alirudi tena kwenye dhana ya ether extruding.

Ubongo mzuri wa Newton ulijitahidi na suluhisho siri kubwa na hakumpata. Hii inaelezea kutupa vile mkali kutoka upande hadi upande. Newton alipenda kusema:

Sifanyi dhana.

Na ingawa, mara tu tulipoweza kuthibitisha, hii sio kweli kabisa, jambo lingine linaweza kusemwa kwa hakika: Newton alijua jinsi ya kutofautisha waziwazi kati ya mambo yasiyopingika na nadharia zisizo na msimamo na zenye utata. Na katika "Kanuni" kuna fomula ya sheria kuu, lakini hakuna majaribio ya kuelezea utaratibu wake.
Mwanafizikia mkuu alitoa kitendawili hiki kwa mtu wa siku zijazo. Alikufa mnamo 1727.
Haijatatuliwa hadi leo.

Majadiliano kuhusu kiini halisi cha sheria ya Newton yalichukua karne mbili. Na pengine mjadala huu hautahusu kiini hasa cha sheria ikiwa ungejibu haswa maswali yote yaliyoulizwa.

Lakini ukweli wa mambo ni kwamba baada ya muda iliibuka kuwa sheria hii sio ya ulimwengu wote. Kwamba kuna matukio wakati hawezi kuelezea jambo hili au jambo hilo. Hebu tutoe mifano.

Nguvu ya uvutano ya ulimwengu wote katika hesabu za Seeliger

Wa kwanza wao ni kitendawili cha Seeliger. Kwa kuzingatia Ulimwengu kuwa hauna mwisho na umejaa mata, Seeliger alijaribu kuhesabu, kulingana na sheria ya Newton, nguvu ya uvutano ya ulimwengu wote iliyoundwa na umati mkubwa usio na kikomo wa Ulimwengu usio na mwisho kwa wakati fulani.

Hii haikuwa kazi rahisi kutoka kwa mtazamo wa hisabati safi. Baada ya kushinda ugumu wote wa mabadiliko magumu zaidi, Seeliger aligundua kuwa nguvu inayotarajiwa ya uvutano wa ulimwengu ni sawia na radius ya Ulimwengu. Na kwa kuwa radius hii ni sawa na infinity, basi nguvu ya uvutano lazima iwe kubwa sana. Walakini, katika mazoezi hatuzingatii hii. Hii ina maana kwamba sheria ya uvutano wa ulimwengu wote haitumiki kwa Ulimwengu mzima.

Walakini, maelezo mengine ya kitendawili yanawezekana. Kwa mfano, tunaweza kudhani kuwa jambo halijaza Ulimwengu wote sawasawa, lakini msongamano wake hupungua polepole na, mwishowe, mahali pengine mbali sana hakuna jambo lolote. Lakini kufikiria picha hiyo ina maana ya kukubali uwezekano wa kuwepo kwa nafasi bila jambo, ambayo kwa ujumla ni upuuzi.

Tunaweza kudhani kuwa nguvu ya mvuto wa ulimwengu inadhoofisha haraka kuliko mraba wa umbali unavyoongezeka. Lakini hii inatilia shaka upatano wa ajabu wa sheria ya Newton. Hapana, na maelezo haya hayakuwaridhisha wanasayansi. Kitendawili kilibaki kuwa kitendawili.

Uchunguzi wa harakati ya Mercury

Ukweli mwingine, matendo ya nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote, ambayo hayakuelezewa na sheria ya Newton, yaliletwa uchunguzi wa harakati ya Mercury- karibu na sayari. Hesabu sahihi kwa kutumia sheria ya Newton ilionyesha kuwa perhelion - sehemu ya duaradufu ambayo Mercury inasogea karibu na Jua - inapaswa kuhama kwa sekunde 531 kwa miaka 100.

Na wanaastronomia wameamua kuwa uhamisho huu ni sawa na sekunde 573. Ziada hii - sekunde 42 za arc - pia haikuweza kuelezewa na wanasayansi, kwa kutumia tu kanuni zinazotokana na sheria ya Newton.

Alielezea kitendawili cha Seeliger, mabadiliko ya mzunguko wa Mercury, na matukio mengine mengi ya kitendawili. ukweli usioelezeka Albert Einstein, moja ya kubwa zaidi, ikiwa sio zaidi mwanafizikia mkubwa wa nyakati zote na watu. Miongoni mwa mambo madogo ya kuudhi ni swali la upepo wa ethereal.

Majaribio ya Albert Michelson

Ilionekana kuwa swali hili halikuhusu moja kwa moja tatizo la mvuto. Alihusiana na macho, mwanga. Kwa usahihi, kuamua kasi yake.

Kasi ya mwanga iliamuliwa kwanza na mwanaastronomia wa Denmark Olaf Roemer, akiangalia kupatwa kwa satelaiti za Jupita. Hii ilitokea nyuma mnamo 1675.

Mwanafizikia wa Marekani Albert Michelson mwishoni mwa karne ya 18, alifanya mfululizo wa maamuzi ya kasi ya mwanga chini ya hali ya dunia, kwa kutumia vifaa alivyobuni.

Mnamo 1927, alitoa kasi ya mwanga thamani ya 299796 + 4 km / sec - hii ilikuwa usahihi bora kwa nyakati hizo. Lakini uhakika ni tofauti. Mnamo 1880, aliamua kuchunguza upepo wa ethereal. Alitaka hatimaye kuanzisha kuwepo kwa etha hiyo sana, uwepo ambao walijaribu kuelezea upitishaji wa mwingiliano wa mvuto na upitishaji wa mawimbi ya mwanga.

Michelson labda alikuwa mjaribio wa ajabu zaidi wa wakati wake. Alikuwa na vifaa bora. Na alikuwa karibu na uhakika wa mafanikio.

Kiini cha uzoefu

Uzoefu ilikusudiwa hivi. Dunia husogea katika obiti yake kwa kasi ya takriban kilomita 30 kwa sekunde. Husogea kupitia etha. Hii ina maana kwamba kasi ya mwanga kutoka kwa chanzo kilichosimama mbele ya mpokeaji kuhusiana na harakati ya Dunia lazima iwe kubwa zaidi kuliko kutoka kwa chanzo kilichosimama upande mwingine. Katika kesi ya kwanza, kasi ya upepo wa etheric lazima iongezwe kwa kasi ya mwanga; katika kesi ya pili, kasi ya mwanga inapaswa kupungua kwa kiasi hiki.

Bila shaka, kasi ya mzunguko wa Dunia kuzunguka Jua ni moja tu ya elfu kumi ya kasi ya mwanga. Ni ngumu sana kugundua neno dogo kama hilo, lakini sio bure kwamba Michelson aliitwa mfalme wa usahihi. Alitumia njia ya werevu kukamata tofauti "ya hila" katika kasi ya miale ya mwanga.

Aligawanya boriti katika mito miwili sawa na kuwaelekeza kwa pande zote za pande zote: kando ya meridian na kando ya sambamba. Baada ya kutafakari kutoka kwa vioo, miale ilirudi. Ikiwa boriti inayosafiri kwa sambamba iliathiriwa na upepo wa ethereal, wakati iliongezwa kwenye boriti ya meridional, pindo za kuingiliwa zingeonekana, na mawimbi ya mihimili miwili itakuwa nje ya awamu.

Hata hivyo, ilikuwa vigumu kwa Michelson kupima njia za miale yote miwili kwa usahihi mkubwa ili zifanane kabisa. Kwa hivyo alijenga vifaa ili kusiwe na pindo za kuingilia kati, na kisha akazunguka digrii 90.

Mionzi ya meridional ikawa latitudinal na kinyume chake. Ikiwa kuna upepo wa etheric, kupigwa nyeusi na mwanga lazima kuonekana chini ya jicho! Lakini hawakuwapo. Labda, wakati wa kugeuza kifaa, mwanasayansi aliihamisha.

Aliiweka saa sita mchana na kuilinda. Baada ya yote, pamoja na ukweli kwamba pia huzunguka karibu na mhimili. Na kwa hivyo ndani wakati tofauti siku, boriti ya latitudo inachukua nafasi tofauti kuhusiana na upepo wa ethereal unaokuja. Sasa, wakati kifaa kinaposimama bila kusonga, mtu anaweza kushawishika juu ya usahihi wa jaribio.

Hakukuwa na vikwazo vya kuingiliwa tena. Jaribio hilo lilifanyika mara nyingi, na Michelson, na pamoja naye wanafizikia wote wa wakati huo, walishangaa. Hakuna upepo wa ethereal uliogunduliwa! Nuru ilisogea pande zote kwa kasi ile ile!

Hakuna aliyeweza kueleza hili. Michelson alirudia jaribio hilo tena na tena, akaboresha vifaa, na hatimaye akapata usahihi wa kipimo wa ajabu, utaratibu wa ukubwa zaidi ya kile kilichohitajika kwa mafanikio ya jaribio. Na tena hakuna kitu!

Majaribio ya Albert Einstein

Hatua kubwa inayofuata ujuzi wa nguvu ya mvuto wa ulimwengu wote alifanya Albert Einstein.
Albert Einstein aliwahi kuulizwa:

Ulikujaje kwako nadharia maalum uhusiano? Wazo zuri lilikupata katika hali gani? Mwanasayansi huyo alijibu: “Sikuzote niliwazia kwamba ndivyo ilivyokuwa.”

Labda hakutaka kuwa mkweli, labda alitaka kujiondoa muingiliano wake anayekasirisha. Lakini ni vigumu kufikiria kwamba dhana ya uhusiano kati ya wakati, nafasi na kasi iliyogunduliwa na Einstein ilikuwa ya kuzaliwa.

Hapana, bila shaka, kwanza nadhani ilipita, mkali kama umeme. Kisha maendeleo yake yakaanza. Hapana, hakuna ukinzani na matukio yanayojulikana. Na kisha kurasa hizo tano, zilizojaa fomula, zilionekana ambazo zilichapishwa katika jarida la fizikia. Kurasa zimefunguliwa enzi mpya katika fizikia.

Hebu fikiria meli ya nyota ikiruka angani. Hebu tuonye mara moja: nyota ni ya kipekee sana, aina ambayo haujawahi kusoma juu ya hadithi za uongo za sayansi. Urefu wake ni kilomita elfu 300, na kasi yake ni, tuseme, 240,000 km / s. Na chombo hiki cha anga kinapita moja ya majukwaa ya kati angani, bila kusimama. Kwa kasi kamili.

Mmoja wa abiria wake amesimama kwenye sitaha ya meli ya nyota na saa. Na wewe na mimi, msomaji, tumesimama kwenye jukwaa - urefu wake lazima ulingane na saizi ya nyota, i.e. kilomita elfu 300, kwa sababu vinginevyo haitaweza kutua juu yake. Na pia tuna saa mikononi mwetu.

Tunaona: wakati huo, wakati pua ya chombo cha anga ilifikia ukingo wa nyuma wa jukwaa letu, taa ilimulika juu yake, ikiangazia nafasi iliyoizunguka. Sekunde moja baadaye, mwangaza ulifika ukingo wa mbele wa jukwaa letu. Hatuna shaka juu ya hili, kwa sababu tunajua kasi ya mwanga, na tumeweza kuchunguza kwa usahihi wakati unaofanana kwenye saa. Na kwenye nyota ...

Lakini meli ya nyota pia ilikuwa ikiruka kuelekea kwenye miale ya mwanga. Na kwa hakika tuliona kwamba nuru ilimulika ukali wake wakati huo ilipokuwa mahali fulani karibu na katikati ya jukwaa. Hakika tuliona kuwa mwangaza haukusafiri kilomita elfu 300 kutoka upinde hadi nyuma ya meli.

Lakini abiria kwenye sitaha ya meli ya nyota wana uhakika wa kitu kingine. Wana hakika kuwa boriti yao ilifunika umbali wote kutoka upinde hadi ukali wa kilomita 300,000. Baada ya yote, alitumia sekunde nzima kwenye hii. Pia waligundua hii kwa usahihi kwenye saa yao. Na inawezaje kuwa vinginevyo: baada ya yote, kasi ya mwanga haitegemei kasi ya chanzo ...

Jinsi gani? Tunaona jambo moja kutoka kwa jukwaa la kusimama, na wanaona kitu kingine kwenye sitaha ya nyota? Kuna nini?

Nadharia ya Einstein ya uhusiano

Inapaswa kuzingatiwa mara moja: Nadharia ya Einstein ya uhusiano kwa mtazamo wa kwanza, inapingana kabisa na uelewa wetu uliowekwa wa muundo wa ulimwengu. Tunaweza kusema kwamba pia inapingana na akili ya kawaida, kwani tumezoea kuiwakilisha. Hii imetokea zaidi ya mara moja katika historia ya sayansi.

Lakini ugunduzi wa sura ya spherical ya Dunia pia ulipingana na akili ya kawaida. Wanawezaje kuishi upande kinyume watu na si kuanguka katika shimo?

Kwa sisi, sphericity ya Dunia ni ukweli usio na shaka, na kutoka kwa mtazamo wa akili ya kawaida, dhana nyingine yoyote haina maana na ya mwitu. Lakini kurudi nyuma kutoka kwa wakati wako, fikiria kuonekana kwa kwanza kwa wazo hili, na inakuwa wazi jinsi ingekuwa vigumu kukubali.

Kweli, ingekuwa rahisi kukubali kwamba Dunia haisongi, lakini inaruka kwenye trajectory yake makumi ya mara kwa kasi zaidi kuliko mpira wa kanuni?

Haya yote yalikuwa mapungufu ya akili ya kawaida. Ndiyo maana wanafizikia wa kisasa hawarejelei kamwe.

Sasa hebu turudi kwenye nadharia maalum ya uhusiano. Ulimwengu ulimtambua kwa mara ya kwanza mnamo 1905 kutoka kwa nakala iliyosainiwa na wachache jina maarufu- Albert Einstein. Na alikuwa na umri wa miaka 26 tu wakati huo.

Einstein alitoa dhana rahisi sana na yenye mantiki kutokana na kitendawili hiki: kwa mtazamo wa mtazamaji kwenye jukwaa, muda mfupi umepita katika gari linalosonga kuliko ilivyopimwa na saa yako ya mkononi. Katika gari, muda ulipungua ikilinganishwa na wakati kwenye jukwaa la stationary.

Mambo ya kushangaza kabisa yalitiririka kutoka kwa dhana hii. Ilibadilika kuwa mtu anayeenda kufanya kazi kwenye tramu, ikilinganishwa na mtembea kwa miguu anayetembea kwa njia ile ile, sio tu kuokoa muda kutokana na kasi, lakini pia huenda polepole kwake.

Walakini, usijaribu kuhifadhi ujana wa milele kwa njia hii: hata ikiwa unakuwa dereva wa tramu na kutumia theluthi moja ya maisha yako kwenye tramu, hautapata faida katika miaka 30. zaidi ya milioni moja mgawanyiko wa pili. Ili faida kwa wakati ionekane, unahitaji kusonga kwa kasi karibu na kasi ya mwanga.

Inabadilika kuwa kuongezeka kwa kasi ya miili kunaonyeshwa kwa wingi wao. Kadiri kasi ya mwili inavyokaribia kasi ya mwanga, ndivyo wingi wake unavyoongezeka. Wakati kasi ya mwili ni sawa na kasi ya mwanga, wingi wake ni sawa na infinity, yaani ni kubwa kuliko wingi wa Dunia, Jua, Galaxy, Ulimwengu wetu wote ... Hii ni molekuli ambayo inaweza kujilimbikizia katika cobblestone rahisi, kuharakisha kwa kasi
Sveta!

Hii inaweka kizuizi ambacho hairuhusu mwili wowote wa nyenzo kukuza kasi, sawa na kasi Sveta. Baada ya yote, kama misa inakua, inakuwa ngumu zaidi na zaidi kuharakisha. Na misa isiyo na kikomo haiwezi kuhamishwa kutoka mahali pake kwa nguvu yoyote.

Hata hivyo, asili imefanya ubaguzi muhimu sana kwa sheria hii kwa darasa zima la chembe. Kwa mfano, kwa photons. Wanaweza kusonga kwa kasi ya mwanga. Kwa usahihi zaidi, hawawezi kusonga kwa kasi nyingine yoyote. Haiwezekani kufikiria fotoni isiyo na mwendo.

Wakati imesimama, haina misa. Neutrinos pia hazina misa ya kupumzika, na pia wamehukumiwa kukimbia kwa milele bila kudhibitiwa kupitia nafasi kwa kasi ya juu iwezekanavyo katika Ulimwengu wetu, bila kuzidi mwanga au kuanguka nyuma yake.

Je! si kweli kwamba kila moja ya matokeo ya nadharia maalum ya uhusiano ambayo tumeorodhesha ni ya kushangaza na ya kushangaza! Na kila moja, bila shaka, inapingana na "akili ya kawaida"!

Lakini hapa ndio kinachovutia: sio kwa fomu yao maalum, lakini kama nafasi pana ya kifalsafa, matokeo haya yote ya kushangaza yalitabiriwa na waanzilishi wa uyakinifu wa lahaja. Je, matokeo haya yanaonyesha nini? Kuhusu miunganisho inayounganisha nishati na wingi, wingi na kasi, kasi na wakati, kasi na urefu wa kitu kinachosonga...

Ugunduzi wa Einstein wa kutegemeana, kama saruji (maelezo zaidi :), kuunganisha pamoja uimarishaji, au mawe ya msingi, ulileta pamoja mambo na matukio ambayo hapo awali yalionekana kuwa huru kutoka kwa kila mmoja na kuunda msingi ambao, kwa mara ya kwanza katika historia ya sayansi. , ilionekana kuwa inawezekana kujenga jengo lenye usawa. Jengo hili ni wazo la jinsi Ulimwengu wetu unavyofanya kazi.

Lakini kwanza, angalau maneno machache kuhusu nadharia ya jumla ya uhusiano, pia iliyoundwa na Albert Einstein.

Albert Einstein

Jina hili - nadharia ya jumla ya uhusiano - hailingani kabisa na maudhui ya nadharia ambayo itajadiliwa. Inaanzisha kutegemeana kati ya nafasi na jambo. Inavyoonekana itakuwa sahihi zaidi kuiita nadharia ya muda wa nafasi, au nadharia ya mvuto.

Lakini jina hili limeunganishwa sana na nadharia ya Einstein hivi kwamba hata kuuliza swali la kuibadilisha sasa inaonekana kuwa isiyofaa kwa wanasayansi wengi.

Nadharia ya jumla ya uhusiano ilianzisha kutegemeana kati ya maada na wakati na nafasi iliyo nayo. Ilibadilika kuwa nafasi na wakati sio tu haziwezi kufikiria kama zipo kando na maada, lakini mali zao pia zinategemea jambo linalowajaza.

Mahali pa kuanzia kwa hoja

Kwa hiyo, tunaweza tu kuonyesha pa kuanzia na kutoa baadhi ya hitimisho muhimu.

Mara ya kwanza usafiri wa anga Janga lisilotarajiwa liliharibu maktaba, mkusanyiko wa filamu na hazina zingine za akili na kumbukumbu za watu waliokuwa wakiruka angani. Na asili ya sayari ya asili ilisahaulika katika mabadiliko ya karne nyingi. Hata sheria ya mvuto wa ulimwengu wote imesahaulika, kwa sababu roketi huruka katika nafasi ya intergalactic, ambapo karibu haihisiwi.

Walakini, injini za meli zinafanya kazi vizuri, na usambazaji wa nishati kwenye betri hauna kikomo. Wengi Baada ya muda, meli inasonga kwa inertia, na wenyeji wake wamezoea kutokuwa na uzito. Lakini wakati mwingine huwasha injini na kupunguza kasi au kuharakisha mwendo wa meli. Wakati pua za ndege zinawaka ndani ya utupu na mwali usio na rangi na meli inasonga kwa mwendo wa kasi, wenyeji wanahisi kuwa miili yao inakuwa mizito, wanalazimika kuzunguka meli, na sio kuruka kando ya korido.

Na sasa safari ya ndege inakaribia kukamilika. Meli huruka hadi moja ya nyota na kuanguka kwenye obiti ya sayari inayofaa zaidi. Vyombo vya anga vinatoka nje, vinatembea kwenye udongo uliofunikwa na kijani kibichi, vikiendelea kupata hisia zile zile za uzito, zilizojulikana tangu wakati meli ilikuwa ikienda kwa mwendo wa kasi.

Lakini sayari inasonga sawasawa. Haiwezi kuruka kuelekea kwao kwa kuongeza kasi ya mara kwa mara ya 9.8 m/sec2! Na wana dhana ya kwanza kwamba uwanja wa mvuto (nguvu ya uvutano) na kuongeza kasi vinatoa athari sawa, na labda vina asili ya kawaida.

Hakuna hata mmoja wa watu wa wakati wetu wa dunia ambaye alikuwa kwenye safari ndefu kama hiyo, lakini wengi walihisi hali ya "uzito" na "mwepesi" wa miili yao. Hata lifti ya kawaida, inaposonga kwa kasi ya kasi, huunda hisia hii. Wakati wa kwenda chini, unahisi kupoteza uzito ghafla; wakati wa kwenda juu, kinyume chake, sakafu inabonyeza miguu yako kwa nguvu kubwa kuliko kawaida.

Lakini hisia moja haithibitishi chochote. Baada ya yote, hisia hujaribu kutushawishi kwamba Jua linasonga angani karibu na Dunia isiyo na mwendo, kwamba nyota na sayari zote ziko umbali sawa kutoka kwetu, kwenye anga, nk.

Wanasayansi wameweka hisia kwa majaribio ya majaribio. Newton pia alifikiria juu ya utambulisho wa ajabu wa matukio hayo mawili. Alijaribu kuwapa sifa za nambari. Baada ya kupima mvuto na , alikuwa na hakika kwamba maadili yao daima yalikuwa sawa kwa kila mmoja.

Alitengeneza pendulum za mmea wa majaribio kutoka kwa kila aina ya vifaa: fedha, risasi, kioo, chumvi, kuni, maji, dhahabu, mchanga, ngano. Matokeo yalikuwa yale yale.

Kanuni ya usawa, ambayo tunazungumza juu yake, iko kwenye msingi wa nadharia ya jumla ya uhusiano, ingawa tafsiri ya kisasa ya nadharia haihitaji tena kanuni hii. Tukiruka hitimisho la hisabati linalofuata kutoka kwa kanuni hii, wacha tuende moja kwa moja kwa baadhi ya matokeo ya nadharia ya jumla ya uhusiano.

Uwepo wa wingi mkubwa wa suala huathiri sana nafasi inayozunguka. Inasababisha mabadiliko kama hayo ndani yake ambayo yanaweza kufafanuliwa kama heterogeneity ya nafasi. Inhomogeneities hizi huelekeza harakati za raia yoyote ambayo hujikuta karibu na mwili unaovutia.

Kawaida wanaamua mlinganisho huu. Hebu wazia turubai iliyonyoshwa vizuri kwenye fremu inayolingana na uso wa dunia. Weka uzito mkubwa juu yake. Hii itakuwa misa yetu kubwa ya kuvutia. Itakuwa, bila shaka, bend turuba na kuishia katika aina fulani ya unyogovu. Sasa tembeza mpira kando ya turubai hii ili sehemu ya njia yake iko karibu na misa inayovutia. Kulingana na jinsi mpira unavyozinduliwa, kuna chaguzi tatu zinazowezekana.

Mpira utaruka vya kutosha kutoka kwa unyogovu ulioundwa na kupotoka kwa turubai na hautabadilisha harakati zake.
Mpira utagusa unyogovu, na mistari ya harakati zake itainama kuelekea misa inayovutia.
Mpira utaanguka ndani ya shimo hili, hautaweza kutoka ndani yake, na utafanya mapinduzi moja au mbili kuzunguka misa ya mvuto.

Je, si kweli kwamba chaguo la tatu kwa uzuri sana ni mfano wa kutekwa na nyota au sayari ya mwili wa kigeni unaoruka ovyo kwenye uwanja wao wa kivutio?

Na kesi ya pili ni kuinama kwa trajectory ya mwili unaoruka kwa kasi kubwa kuliko kasi ya kukamata iwezekanavyo! Kesi ya kwanza ni sawa na kuruka zaidi ya ufikiaji wa vitendo wa uwanja wa mvuto. Ndio, kwa vitendo, kwa sababu kinadharia uwanja wa mvuto hauna kikomo.

Kwa kweli, huu ni mlinganisho wa mbali sana, haswa kwa sababu hakuna mtu anayeweza kufikiria upotovu wetu. nafasi tatu-dimensional. Hakuna mtu anayejua maana ya kimwili ya kupotoka huku, au kujipinda, kama wanavyosema mara nyingi, ni.

Kutoka kwa nadharia ya jumla ya uhusiano inafuata kwamba mwili wowote wa nyenzo unaweza kusonga katika uwanja wa mvuto tu kwenye mistari iliyopinda. Kwa faragha pekee kesi maalum curve inageuka kuwa mstari wa moja kwa moja.

Mwale wa mwanga pia hutii sheria hii. Baada ya yote, inajumuisha fotoni ambazo zina misa fulani katika kukimbia. Na uwanja wa mvuto una ushawishi wake juu yake, kama vile kwenye molekuli, asteroid au sayari.

Hitimisho lingine muhimu ni kwamba uwanja wa mvuto pia hubadilisha kupita kwa wakati. Karibu na misa kubwa ya kuvutia, katika uwanja wenye nguvu wa mvuto huunda, kifungu cha muda kinapaswa kuwa polepole zaidi kuliko mbali nayo.

Unaona, nadharia ya jumla ya uhusiano imejaa hitimisho za kitendawili ambazo zinaweza kupindua tena maoni yetu ya "akili ya kawaida"!

Kuanguka kwa mvuto

Hebu tuzungumze juu ya jambo la kushangaza ambalo lina tabia ya cosmic - kuanguka kwa mvuto (ukandamizaji wa janga). Jambo hili hutokea katika mkusanyiko mkubwa wa mata, ambapo nguvu za uvutano hufikia ukubwa mkubwa sana kwamba hakuna nguvu nyingine zilizopo katika asili zinazoweza kuzipinga.

Kumbuka formula maarufu ya Newton: kadiri nguvu ya uvutano inavyokuwa kubwa, ndivyo inavyokuwa mraba mdogo umbali kati ya miili ya mvuto. Kwa hiyo, denser malezi ya nyenzo inakuwa, ndogo ukubwa wake, kwa kasi zaidi nguvu za mvuto huongezeka, kuepukika zaidi kukumbatia kwao kwa uharibifu.

Kuna mbinu ya ujanja ambayo asili hupigana na mgandamizo unaoonekana usio na kikomo wa jambo. Ili kufanya hivyo, inazuia kupita kwa wakati katika nyanja ya hatua ya nguvu kubwa za uvutano, na misa iliyofungwa ya maada inaonekana kuzimwa kutoka kwa Ulimwengu wetu, iliyogandishwa katika usingizi wa ajabu wa uchovu.

Ya kwanza ya "mashimo meusi" haya angani labda tayari yamegunduliwa. Kwa mujibu wa dhana ya wanasayansi wa Soviet O. Kh. Guseinov na A. Sh. Novruzova, ni Delta Gemini - nyota mbili yenye sehemu moja isiyoonekana.

Sehemu inayoonekana ina wingi wa jua 1.8, na "mshirika" wake asiyeonekana anapaswa kuwa mara nne zaidi kuliko inayoonekana, kulingana na mahesabu. Lakini hakuna athari zake: haiwezekani kuona uumbaji wa kushangaza zaidi wa asili, "shimo nyeusi".

Mwanasayansi wa Kisovieti Profesa K.P. Stanyukovich, kama wanasema, "kwenye ncha ya kalamu yake," kupitia ujenzi wa kinadharia tu, alionyesha kuwa chembe za "jambo waliohifadhiwa" zinaweza kuwa tofauti sana kwa saizi.

Miundo yake mikubwa inawezekana, sawa na quasars, ikiendelea kutoa nishati kama vile nyota zote bilioni 100 za Galaxy yetu hutoa.
Makundi mengi zaidi ya kawaida, sawa na mawimbi machache ya jua, yanawezekana. Vitu vyote viwili vinaweza kutokea vyenyewe kutoka kwa vitu vya kawaida, visivyo vya kulala.
Na malezi ya darasa tofauti kabisa yanawezekana, kulinganishwa kwa wingi na chembe za msingi.

Ili ziweze kutokea, jambo ambalo linaziunda lazima kwanza liwe chini ya shinikizo kubwa na kuendeshwa ndani ya mipaka ya nyanja ya Schwarzschild - nyanja ambayo wakati unasimama kabisa kwa mwangalizi wa nje. Na hata ikiwa baada ya hili shinikizo kuondolewa, chembe ambazo wakati umesimama zitaendelea kuwepo bila kujitegemea na Ulimwengu wetu.

Mbao

Plankeons ni darasa maalum kabisa la chembe. Wana, kulingana na K. P. Stanyukovich, mali ya kuvutia sana: hubeba vitu kwa fomu isiyobadilika, jinsi ilivyokuwa mamilioni na mabilioni ya miaka iliyopita. Kuangalia ndani ya plankeon, tungeweza kuona vitu kama ilivyokuwa wakati wa kuzaliwa kwa Ulimwengu wetu. Kulingana na hesabu za kinadharia, kuna takriban plankeoni 10 80 katika Ulimwengu, takriban ubao mmoja katika mchemraba wa nafasi na upande wa sentimita 10. Kwa njia, wakati huo huo na Stanyukovich na (bila yeye), nadharia juu ya plankeons iliwekwa mbele na Msomi M.A. Markov. Markov pekee ndiye aliyewapa jina tofauti - maximons.

Mtu anaweza kujaribu kuelezea mabadiliko ya wakati mwingine ya kushangaza ya chembe za msingi kwa kutumia mali maalum ya plankeons. Inajulikana kuwa wakati chembe mbili zinapogongana, vipande havifanyiki kamwe, lakini chembe zingine za msingi huibuka. Hii ni ya kushangaza kweli: katika ulimwengu wa kawaida, kuvunja vase, hatutapata vikombe vyote au hata rosettes. Lakini tuseme kwamba katika kina cha kila chembe ya msingi kuna ubao uliofichwa, moja au kadhaa, na wakati mwingine plankeons nyingi.

Wakati wa mgongano wa chembe, "mfuko" uliofungwa sana wa plankeon hufungua kidogo, chembe zingine "zitaanguka" ndani yake, na kwa kurudi zile ambazo tunazingatia kuwa zimetokea wakati wa mgongano "zitatoka". Wakati huo huo, plankeon, kama mhasibu mwenye busara, itahakikisha "sheria zote za uhifadhi" zinazokubaliwa katika ulimwengu wa chembe za msingi.
Je, utaratibu wa uvutano wa ulimwengu wote una uhusiano gani nayo?

"Kuwajibika" kwa mvuto, kulingana na hypothesis ya K. P. Stanyukovich, ni chembe ndogo, kinachojulikana kama gravitons, zinazoendelea kutolewa na chembe za msingi. Gravitons ni ndogo zaidi kuliko za mwisho kama sehemu ya vumbi inayocheza ndani mwanga wa jua, ndogo kuliko dunia.

Utoaji wa gravitons hutii sheria kadhaa. Hasa, wanaruka kwa urahisi zaidi katika eneo hilo la nafasi. Ambayo ina gravitons chache. Hii ina maana kwamba ikiwa kuna mbili katika nafasi miili ya mbinguni, zote mbili zitatoa mvuto hasa "nje", katika mwelekeo kinyume na kila mmoja. Hii inajenga msukumo unaosababisha miili kukaribiana na kuvutiana.