Hình vẽ lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn: định nghĩa, công thức, các loại

Don DeYoung

Lực hấp dẫn (hay lực hấp dẫn) giữ chúng ta vững chắc trên mặt đất và cho phép trái đất quay quanh mặt trời. Nhờ lực vô hình này, mưa rơi xuống đất, và mực nước trong đại dương lên xuống hàng ngày. Lực hấp dẫn giữ cho trái đất ở dạng hình cầu và cũng giữ cho bầu khí quyển của chúng ta thoát ra ngoài không gian. Có vẻ như lực hút này, được quan sát hàng ngày, nên được các nhà khoa học nghiên cứu kỹ lưỡng. Nhưng không! Theo nhiều cách, lực hấp dẫn vẫn là bí ẩn sâu sắc nhất đối với khoa học. Sức mạnh bí ẩn này là một ví dụ tuyệt vời cho thấy kiến thức khoa học hiện đại hạn chế như thế nào.

Lực hấp dẫn là gì?

Isaac Newton đã quan tâm đến vấn đề này ngay từ năm 1686 và đi đến kết luận rằng lực hấp dẫn là một lực hấp dẫn tồn tại giữa mọi vật thể. Ông nhận ra rằng lực làm cho quả táo rơi xuống đất cũng nằm trong quỹ đạo của nó. Trên thực tế, lực hấp dẫn của Trái đất khiến Mặt trăng lệch khỏi đường thẳng của nó khoảng một mm mỗi giây trong quá trình quay quanh Trái đất (Hình 1). Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là một trong những khám phá khoa học vĩ đại nhất mọi thời đại.

Lực hấp dẫn là "sợi dây" giữ cho các vật thể trên quỹ đạo

Bức tranh 1. Hình minh họa quỹ đạo của mặt trăng không được vẽ theo tỷ lệ. Trong mỗi giây, mặt trăng di chuyển được khoảng 1 km. Trong khoảng cách này, nó lệch khỏi đường thẳng khoảng 1 mm - điều này là do lực hút của Trái đất (đường đứt nét). Mặt trăng dường như liên tục rơi xuống phía sau (hoặc xung quanh) trái đất, cũng như các hành tinh xung quanh mặt trời cũng rơi theo.

Lực hấp dẫn là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên (Bảng 1). Lưu ý rằng trong bốn lực, lực này là yếu nhất, nhưng nó lại chiếm ưu thế so với các vật thể không gian lớn. Như Newton đã chỉ ra, lực hấp dẫn giữa hai khối lượng bất kỳ càng ngày càng nhỏ khi khoảng cách giữa chúng ngày càng lớn, nhưng nó không bao giờ hoàn toàn đạt tới 0 (xem Thiết kế của Lực hấp dẫn).

Do đó, mọi hạt trong toàn bộ vũ trụ thực sự thu hút mọi hạt khác. Không giống như các lực hạt nhân yếu và mạnh, lực hút có tầm xa (Bảng 1). Lực từ và lực tương tác điện cũng là lực tầm xa, nhưng lực hấp dẫn đặc biệt ở chỗ nó vừa có tầm xa vừa luôn hấp dẫn, có nghĩa là nó không bao giờ cạn kiệt (không giống như lực điện từ, trong đó lực có thể hút hoặc đẩy lùi).

Bắt đầu từ nhà khoa học sáng tạo vĩ đại Michael Faraday vào năm 1849, các nhà vật lý đã không ngừng tìm kiếm mối liên hệ ẩn giữa lực hấp dẫn và lực của lực điện từ. Hiện tại, các nhà khoa học đang cố gắng kết hợp tất cả bốn lực cơ bản thành một phương trình hay cái gọi là "Lý thuyết vạn vật", nhưng không thành công! Lực hấp dẫn vẫn là lực bí ẩn nhất và ít được hiểu nhất.

Trọng lực không thể được che chắn theo bất kỳ cách nào. Dù cấu tạo của vật chắn là gì thì nó cũng không ảnh hưởng đến lực hút giữa hai vật thể ngăn cách. Điều này có nghĩa là trong phòng thí nghiệm không thể tạo ra một buồng phản trọng lực. Lực hấp dẫn không phụ thuộc vào thành phần hóa học của các vật thể mà phụ thuộc vào khối lượng của chúng, được chúng ta gọi là trọng lượng (lực hấp dẫn lên một vật bằng trọng lượng của vật đó - khối lượng càng lớn thì Lực hoặc trọng lượng.) Các khối làm bằng thủy tinh, chì, băng, hoặc thậm chí là xốp, và có cùng khối lượng, sẽ chịu (và tác dụng) cùng một lực hấp dẫn. Những dữ liệu này thu được trong các thí nghiệm, và các nhà khoa học vẫn chưa biết làm cách nào để giải thích về mặt lý thuyết.

Thiết kế trong Gravity

Lực F giữa hai khối lượng m 1 và m 2 đặt cách nhau r có thể được viết dưới dạng công thức F = (G m 1 m 2) / r 2

Trong đó G là hằng số hấp dẫn, được Henry Cavendish đo lần đầu tiên vào năm 1798,1

Phương trình này cho thấy rằng lực hấp dẫn giảm khi khoảng cách, r, giữa hai vật thể lớn hơn, nhưng không bao giờ hoàn toàn đạt tới không.

Tính chất nghịch đảo bình phương của phương trình này rất đơn giản. Rốt cuộc, không có lý do cần thiết nào tại sao lực hấp dẫn lại hoạt động theo cách này. Trong một vũ trụ rối loạn, ngẫu nhiên và đang phát triển, các sức mạnh tùy ý như r 1,97 hoặc r 2,3 dường như có nhiều khả năng hơn. Tuy nhiên, các phép đo chính xác cho thấy sức mạnh chính xác đến ít nhất năm chữ số thập phân, 2,00000. Như một nhà nghiên cứu đã nói, kết quả này dường như "quá chính xác".2 Chúng ta có thể kết luận rằng lực hút cho thấy một thiết kế chính xác, được tạo ra. Trên thực tế, nếu độ lệch dù chỉ một chút so với 2, quỹ đạo của các hành tinh và toàn bộ vũ trụ sẽ trở nên không ổn định.

Liên kết và ghi chú

Về mặt kỹ thuật, G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
Thompsen, D., "Rất chính xác về lực hấp dẫn", Tin khoa học 118(1):13, 1980.

Vậy chính xác thì lực hấp dẫn là gì? Làm thế nào mà lực này có thể hoạt động trong một không gian bên ngoài rộng lớn, trống rỗng như vậy? Và tại sao nó thậm chí còn tồn tại? Khoa học chưa bao giờ có thể trả lời những câu hỏi cơ bản này về quy luật tự nhiên. Lực hút không thể đến từ từ thông qua đột biến hoặc chọn lọc tự nhiên. Nó đã hoạt động kể từ khi bắt đầu tồn tại vũ trụ. Giống như bất kỳ quy luật vật lý nào khác, lực hấp dẫn chắc chắn là bằng chứng tuyệt vời về một sự sáng tạo có kế hoạch.

Một số nhà khoa học đã cố gắng giải thích lực hấp dẫn dưới dạng các hạt vô hình, graviton, di chuyển giữa các vật thể. Những người khác nói về dây vũ trụ và sóng hấp dẫn. Gần đây, các nhà khoa học với sự trợ giúp của phòng thí nghiệm đặc biệt LIGO (Eng. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) mới chỉ thấy được tác động của sóng hấp dẫn. Nhưng bản chất của những làn sóng này, làm thế nào các vật thể vật lý tương tác với nhau ở khoảng cách rộng lớn, thay đổi hình dạng của chúng, vẫn là một câu hỏi lớn đối với tất cả mọi người. Đơn giản là chúng ta không biết bản chất nguồn gốc của lực hấp dẫn và cách nó giữ sự ổn định của toàn bộ vũ trụ.

Trọng lực và Kinh thánh

Hai đoạn Kinh thánh có thể giúp chúng ta hiểu bản chất của lực hấp dẫn và khoa học vật lý nói chung. Phân đoạn đầu tiên, Cô-lô-se 1:17, giải thích rằng Đấng Christ "Trước hết là có, và mọi thứ đều đáng giá đối với Ngài". Động từ Hy Lạp là viết tắt (συνισταω sunistao) có nghĩa là: để bám vào, được giữ lại hoặc được giữ lại với nhau. Việc sử dụng từ này bên ngoài Kinh thánh trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là bình chứa nước. Từ được sử dụng trong sách Cô-lô-se ở thì hoàn thành, thường chỉ trạng thái hiện tại đang diễn ra từ một hành động đã hoàn thành trong quá khứ. Một trong những cơ chế vật lý được sử dụng trong câu hỏi rõ ràng là lực hút, được thiết lập bởi Đấng Tạo Hóa và được duy trì một cách không thể nhầm lẫn cho đến ngày nay. Chỉ cần tưởng tượng: nếu lực hấp dẫn ngừng tác động trong chốc lát, chắc chắn sẽ xảy ra hỗn loạn. Tất cả các thiên thể, bao gồm cả trái đất, mặt trăng và các vì sao, sẽ không còn được giữ lại với nhau nữa. Tất cả giờ đó sẽ được chia thành các phần nhỏ, riêng biệt.

Kinh thánh thứ hai, Hê-bơ-rơ 1: 3, tuyên bố rằng Đấng Christ "nắm giữ tất cả mọi thứ bằng lời quyền năng của mình." Từ giữ lại (φερω pherō) một lần nữa mô tả việc duy trì hoặc bảo tồn mọi thứ, bao gồm cả lực hấp dẫn. Từ giữ lạiđược sử dụng trong câu này có nghĩa là nhiều hơn là chỉ cầm một cái cân. Nó bao gồm quyền kiểm soát tất cả các chuyển động và thay đổi đang diễn ra trong vũ trụ. Nhiệm vụ vô tận này được thực hiện thông qua Lời toàn năng của Chúa, qua đó vũ trụ tự nó ra đời. Lực hấp dẫn, "lực bí ẩn" vẫn còn chưa được hiểu rõ ngay cả sau bốn trăm năm nghiên cứu, là một trong những biểu hiện của sự chăm sóc thần thánh tuyệt vời này đối với vũ trụ.

Sự biến dạng của thời gian và không gian và lỗ đen

Thuyết tương đối rộng của Einstein coi trọng lực không phải là một lực, mà là một độ cong của không gian gần một vật thể có khối lượng lớn. Ánh sáng, theo truyền thống là các đường thẳng, được dự đoán sẽ uốn cong khi nó truyền qua không gian cong. Điều này lần đầu tiên được chứng minh khi nhà thiên văn học Sir Arthur Eddington phát hiện ra sự thay đổi vị trí biểu kiến của một ngôi sao trong hiện tượng nguyệt thực toàn phần vào năm 1919, tin rằng các tia sáng bị bẻ cong bởi lực hấp dẫn của mặt trời.

Thuyết tương đối rộng cũng dự đoán rằng nếu một vật thể đủ dày đặc, lực hấp dẫn của nó sẽ làm cong không gian nghiêm trọng đến mức ánh sáng không thể xuyên qua nó. Một cơ thể như vậy hấp thụ ánh sáng và mọi thứ khác mà lực hấp dẫn mạnh của nó đã chiếm giữ, và được gọi là Hố đen. Một vật thể như vậy chỉ có thể được phát hiện nhờ tác động hấp dẫn của nó lên các vật thể khác, bởi độ cong mạnh của ánh sáng xung quanh nó, và bởi bức xạ mạnh phát ra từ vật chất rơi vào nó.

Tất cả vật chất bên trong lỗ đen đều bị nén ở tâm, có mật độ vô hạn. "Kích thước" của lỗ được xác định bởi đường chân trời sự kiện, tức là một ranh giới bao quanh trung tâm của một lỗ đen và không có gì (thậm chí không phải ánh sáng) có thể thoát ra khỏi nó. Bán kính của lỗ được gọi là bán kính Schwarzschild, theo tên nhà thiên văn học người Đức Karl Schwarzschild (1873–1916), và được tính bằng R S = 2GM / c 2, trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Nếu mặt trời rơi vào hố đen, bán kính Schwarzschild của nó sẽ chỉ là 3 km.

Có bằng chứng chắc chắn rằng một khi hết nhiên liệu hạt nhân của một ngôi sao lớn, nó không còn khả năng chống lại sự sụp đổ dưới sức nặng khổng lồ của chính nó và rơi vào một lỗ đen. Các lỗ đen với khối lượng hàng tỷ mặt trời được cho là tồn tại ở trung tâm của các thiên hà, bao gồm cả thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà. Nhiều nhà khoa học tin rằng các vật thể siêu sáng và rất xa được gọi là chuẩn tinh sử dụng năng lượng được giải phóng khi vật chất rơi vào lỗ đen.

Theo dự đoán của thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn cũng làm biến dạng thời gian. Điều này cũng đã được xác nhận bởi các đồng hồ nguyên tử rất chính xác, chạy chậm hơn vài micro giây ở mực nước biển so với các khu vực trên mực nước biển, nơi lực hấp dẫn của Trái đất yếu hơn một chút. Gần chân trời sự kiện, hiện tượng này đáng chú ý hơn. Nếu chúng ta xem đồng hồ của một phi hành gia đang tiến đến chân trời sự kiện, chúng ta sẽ thấy rằng đồng hồ đang chạy chậm hơn. Khi ở trong chân trời sự kiện, đồng hồ sẽ dừng lại, nhưng chúng ta sẽ không bao giờ có thể nhìn thấy nó. Ngược lại, nhà du hành vũ trụ sẽ không nhận thấy rằng đồng hồ của mình đang chạy chậm hơn, nhưng anh ta sẽ thấy rằng đồng hồ của chúng ta ngày càng chạy nhanh hơn.

Mối nguy hiểm chính đối với một phi hành gia ở gần lỗ đen sẽ là lực thủy triều, gây ra bởi lực hấp dẫn tác động lên các bộ phận của cơ thể gần hố đen hơn so với các bộ phận xa nó. Xét về sức mạnh của chúng, lực thủy triều gần một lỗ đen có khối lượng bằng một ngôi sao mạnh hơn bất kỳ cơn bão nào và dễ dàng xé tan thành từng mảnh nhỏ mọi thứ đi qua chúng. Tuy nhiên, trong khi lực hấp dẫn giảm theo bình phương khoảng cách (1 / r 2), hoạt động thủy triều giảm theo bình phương khoảng cách (1 / r 3). Do đó, trái với niềm tin phổ biến, lực hấp dẫn (bao gồm cả lực thủy triều) trên đường chân trời sự kiện của các lỗ đen lớn yếu hơn so với các lỗ đen nhỏ. Vì vậy, lực thủy triều tại chân trời sự kiện của một lỗ đen trong không gian có thể quan sát được sẽ ít được chú ý hơn so với làn gió nhẹ nhàng nhất.

Sự giãn nở của thời gian bởi lực hấp dẫn gần chân trời sự kiện là cơ sở của mô hình vũ trụ học mới của nhà vật lý sáng tạo Tiến sĩ Russell Humphreys, mà ông đã thảo luận trong cuốn sách Starlight and Time của mình. Mô hình này có thể giúp giải quyết vấn đề làm thế nào chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng của những ngôi sao xa xôi trong một vũ trụ trẻ. Ngoài ra, ngày nay nó là một giải pháp thay thế khoa học cho những gì phi Kinh thánh, dựa trên những giả định triết học vượt ra ngoài phạm vi khoa học.

Ghi chú

Lực hấp dẫn, "lực bí ẩn" mà ngay cả sau bốn trăm năm nghiên cứu, người ta vẫn chưa hiểu rõ ...

Isaac Newton (1642–1727)

Ảnh: Wikipedia.org

Isaac Newton (1642–1727)

Isaac Newton đã công bố những khám phá của mình về lực hấp dẫn và chuyển động của các thiên thể vào năm 1687, trong tác phẩm nổi tiếng của ông " Khởi đầu toán học". Một số độc giả nhanh chóng kết luận rằng vũ trụ của Newton không còn chỗ cho Chúa, vì mọi thứ giờ đây có thể được giải thích bằng các phương trình. Nhưng Newton hoàn toàn không nghĩ như vậy, như ông đã nói trong ấn bản thứ hai của tác phẩm nổi tiếng này:

"Hệ mặt trời, các hành tinh và sao chổi đẹp nhất của chúng ta chỉ có thể là kết quả của kế hoạch và sự thống trị của một sinh vật thông minh và mạnh mẽ."

Isaac Newton không chỉ là một nhà khoa học. Ngoài khoa học, ông còn dành gần như toàn bộ cuộc đời mình cho việc nghiên cứu Kinh thánh. Sách Kinh thánh yêu thích của ông là Đa-ni-ên và sách Khải Huyền, những sách này mô tả các kế hoạch của Đức Chúa Trời cho tương lai. Trên thực tế, Newton đã viết nhiều tác phẩm thần học hơn là các tác phẩm khoa học.

Newton rất tôn trọng các nhà khoa học khác như Galileo Galilei. Nhân tiện, Newton sinh cùng năm Galileo mất, năm 1642. Newton đã viết trong bức thư của mình: “Nếu tôi nhìn thấy xa hơn những người khác, đó là bởi vì tôi đã đứng trên đôi vai người khổng lồ. " Một thời gian ngắn trước khi qua đời, có lẽ phản ánh về bí ẩn của lực hấp dẫn, Newton đã khiêm tốn viết: “Tôi không biết thế giới nhìn nhận tôi như thế nào, nhưng với bản thân tôi, tôi dường như chỉ là một cậu bé đang chơi trên bờ biển, tự làm hài lòng mình bằng cách tìm kiếm một viên sỏi nhiều màu sắc hơn những viên sỏi khác, hoặc một chiếc vỏ đẹp, trong khi một đại dương khổng lồ sự thật chưa được khám phá. "

Newton được chôn cất tại Tu viện Westminster. Dòng chữ Latinh trên lăng mộ của ông kết thúc bằng dòng chữ: "Hãy để người phàm vui mừng vì một vật trang trí như vậy của loài người đã sống giữa họ".

Tất cả chúng ta đều đã trải qua định luật vạn vật hấp dẫn trong trường học. Nhưng chúng ta thực sự biết gì về lực hấp dẫn, ngoài những thông tin được các giáo viên trong trường đưa vào đầu? Hãy làm mới kiến thức của chúng tôi ...

Sự thật thứ nhất: Newton đã không khám phá ra định luật vạn vật hấp dẫn

Mọi người đều biết câu chuyện ngụ ngôn nổi tiếng về quả táo rơi trúng đầu Newton. Nhưng thực tế là Newton đã không phát hiện ra định luật vạn vật hấp dẫn, vì định luật này đơn giản là không có trong cuốn sách "Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên" của ông. Trong tác phẩm này không có công thức cũng như công thức mà mọi người có thể tự xem. Hơn nữa, lần đầu tiên đề cập đến hằng số hấp dẫn chỉ xuất hiện vào thế kỷ 19 và do đó, công thức này không thể xuất hiện sớm hơn. Nhân tiện, hệ số G, làm giảm kết quả của các phép tính đi 600 tỷ lần, không có ý nghĩa vật lý, và được đưa ra để che giấu các mâu thuẫn.

Sự thật thứ hai: Làm giả thí nghiệm về lực hấp dẫn

Người ta tin rằng Cavendish là người đầu tiên chứng minh lực hút trọng trường trong các khoảng trống trong phòng thí nghiệm, bằng cách sử dụng cân bằng lực xoắn - một thiết bị bắn đá nằm ngang với các quả nặng ở hai đầu được treo trên một sợi dây mảnh. Người chơi nhạc rock có thể bật một sợi dây mỏng. Theo phiên bản chính thức, Cavendish đã mang một cặp đĩa nặng 158 kg đến trọng lượng của rocker từ hai phía đối diện và rocker quay ở một góc nhỏ. Tuy nhiên, phương pháp thực nghiệm không chính xác và kết quả đã bị làm sai lệch, điều này đã được chứng minh một cách thuyết phục bởi nhà vật lý Andrei Albertovich Grishaev. Cavendish đã dành một thời gian dài để làm lại và điều chỉnh cài đặt sao cho kết quả phù hợp với mật độ trung bình của Newton trên trái đất. Bản thân phương pháp luận của thí nghiệm đã cung cấp cho chuyển động của các khoảng trống nhiều lần, và lý do quay của thiết bị rung là các rung động vi mô từ chuyển động của các khoảng trống, được truyền đến hệ thống treo.

Điều này được khẳng định bởi thực tế là sự sắp đặt đơn giản như vậy của thế kỷ 18 cho mục đích giáo dục lẽ ra phải có, nếu không phải ở mọi trường học, thì ít nhất là trong các khoa vật lý của các trường đại học, để cho sinh viên thấy được kết quả của định luật của vạn vật hấp dẫn. Tuy nhiên, cài đặt Cavendish không được sử dụng trong chương trình giảng dạy, và học sinh và sinh viên tin rằng hai đĩa hút nhau.

Sự thật thứ ba: Định luật vạn vật hấp dẫn không hoạt động khi xảy ra nhật thực

Nếu chúng ta thay thế dữ liệu tham chiếu cho trái đất, mặt trăng và mặt trời thành công thức của định luật vạn vật hấp dẫn, thì tại thời điểm khi mặt trăng bay giữa trái đất và mặt trời, chẳng hạn tại thời điểm nhật thực, lực lực hút giữa mặt trời và mặt trăng cao gấp 2 lần lực hút giữa Trái đất và Mặt trăng!

Theo công thức, mặt trăng sẽ phải rời khỏi quỹ đạo của trái đất và bắt đầu quay quanh mặt trời.

Hằng số hấp dẫn - 6,6725 × 10−11 m³ / (kg s²).
Khối lượng của mặt trăng là 7,3477 × 1022 kg.
Khối lượng của Mặt trời là 1.9891 × 1030 kg.
Khối lượng của Trái đất là 5,9737 × 1024 kg.
Khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng = 380.000.000 m.
Khoảng cách giữa Mặt trăng và Mặt trời = 149.000.000.000.000 m.

Trái đất và Mặt trăng:
6,6725 × 10-11 x 7,3477 × 1022 x 5,9737 × 1024/3800000002 = 2,028 × 1020 H
Mặt trăng và mặt trời:
6,6725 x 10-11 x 7,3477 x 1022 x 1,891 x 1030/1490000000002 = 4,39 x 1020 H

2.028 × 1020H<< 4,39×1020 H
Lực hút giữa trái đất và mặt trăng<< Сила притяжения между Луной и Солнцем

Những tính toán này có thể bị chỉ trích bởi thực tế là mặt trăng là một vật thể rỗng nhân tạo và mật độ tham chiếu của thiên thể này rất có thể không được xác định một cách chính xác.

Thật vậy, bằng chứng thực nghiệm cho thấy Mặt trăng không phải là một vật thể rắn, mà là một lớp vỏ có thành mỏng. Tạp chí có thẩm quyền Science mô tả kết quả của các cảm biến địa chấn sau khi giai đoạn thứ ba của tên lửa Apollo 13 chạm vào bề mặt Mặt trăng: “Cuộc gọi địa chấn được phát hiện trong hơn bốn giờ. Trên Trái đất, nếu một tên lửa bắn trúng ở khoảng cách tương đương, tín hiệu sẽ chỉ kéo dài vài phút ”.

Các rung động địa chấn phân rã quá chậm là điển hình của một bộ cộng hưởng rỗng, không phải là một vật rắn.
Nhưng Mặt trăng, trong số những thứ khác, không thể hiện đặc tính hấp dẫn của nó so với Trái đất - cặp Trái đất-Mặt trăng không chuyển động quanh một khối tâm chung, như nó sẽ tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn, và của Trái đất quỹ đạo hình elip, trái với định luật này, không trở thành ngoằn ngoèo.

Hơn nữa, các thông số về quỹ đạo của Mặt trăng không phải là không đổi, quỹ đạo "tiến hóa" theo thuật ngữ khoa học, và nó làm điều này trái với định luật vạn vật hấp dẫn.

Sự thật thứ tư: sự phi lý của lý thuyết ebbs và dòng chảy

Nó như thế nào, một số sẽ phản đối, vì ngay cả học sinh cũng biết về thủy triều trên Trái đất, xảy ra do lực hút của nước đối với Mặt trời và Mặt trăng.

Theo lý thuyết, lực hấp dẫn của Mặt trăng tạo thành một ellipsoid thủy triều trong đại dương, với hai rãnh thủy triều, do chuyển động quay hàng ngày, di chuyển dọc theo bề mặt Trái đất.

Tuy nhiên, thực tế cho thấy sự phi lý của những lý thuyết này. Rốt cuộc, theo họ, một cái gờ thủy triều cao 1m trong 6 giờ sẽ di chuyển qua eo biển Drake từ Thái Bình Dương sang Đại Tây Dương. Vì nước không thể nén được, một khối nước sẽ nâng mực nước lên độ cao khoảng 10 mét, điều này không xảy ra trong thực tế. Trong thực tế, các hiện tượng thủy triều xảy ra một cách tự chủ trong các khu vực 1000-2000 km.

Laplace cũng rất ngạc nhiên trước một nghịch lý: tại sao ở các cảng biển của Pháp nước dâng cao xảy ra tuần tự, mặc dù theo khái niệm về ellipsoid thủy triều, nó lại xảy ra đồng thời ở đó.

Sự thật thứ năm: Lý thuyết về trọng lực không hoạt động

Nguyên tắc của phép đo trọng lực rất đơn giản - trọng lượng kế đo các thành phần thẳng đứng, và độ lệch của dây dọi cho thấy các thành phần nằm ngang.

Nỗ lực đầu tiên để kiểm tra lý thuyết về lực hấp dẫn được thực hiện bởi người Anh vào giữa thế kỷ 18 trên bờ biển Ấn Độ Dương, nơi, một mặt, có rặng núi đá cao nhất thế giới của dãy Himalaya, và cái còn lại, một bát đại dương chứa đầy nước nhỏ hơn nhiều. Nhưng, than ôi, dây dọi không đi chệch hướng về phía dãy Himalaya! Hơn nữa, các dụng cụ siêu nhạy - trọng lượng kế - không phát hiện ra sự khác biệt về trọng lực của vật thể thử nghiệm ở cùng độ cao cả trên những ngọn núi khổng lồ và trên những vùng biển ít dày đặc hơn ở độ sâu hàng km.

Để cứu vãn lý thuyết quen thuộc, các nhà khoa học đã đưa ra một biện pháp hỗ trợ cho nó: họ nói lý do của điều này là “sự cân bằng” - những tảng đá dày đặc hơn nằm dưới biển, và những tảng đá lỏng lẻo dưới núi, và mật độ của chúng giống hệt như phù hợp với mọi thứ với giá trị mong muốn.

Thực nghiệm cũng đã chứng minh rằng trọng lượng kế trong các mỏ sâu cho thấy lực hấp dẫn không giảm theo độ sâu. Nó tiếp tục phát triển, chỉ phụ thuộc vào bình phương khoảng cách đến tâm trái đất.

Sự thật thứ sáu: lực hấp dẫn không được tạo ra bởi vật chất hay khối lượng

Theo công thức của định luật vạn vật hấp dẫn, Hai khối lượng, m1 và m2, có thể bỏ qua kích thước của chúng so với khoảng cách giữa chúng, được cho là hút nhau bằng một lực tỷ lệ thuận với tích của các khối lượng này và tỷ lệ nghịch tỷ lệ với bình phương khoảng cách giữa chúng. Tuy nhiên, trên thực tế, không có một bằng chứng nào cho thấy vật chất có tác dụng hấp dẫn lực hấp dẫn. Thực tiễn cho thấy rằng lực hấp dẫn không được tạo ra bởi vật chất hay khối lượng, nó độc lập với chúng, và các vật thể có khối lượng lớn chỉ tuân theo lực hấp dẫn.

Sự độc lập của lực hấp dẫn với vật chất được khẳng định bởi thực tế là, ngoại trừ hiếm hoi nhất, các thiên thể nhỏ của hệ mặt trời hoàn toàn không có lực hấp dẫn nào. Ngoại trừ Mặt trăng, hơn sáu chục vệ tinh của các hành tinh không có dấu hiệu nào về lực hấp dẫn của chính chúng. Điều này đã được chứng minh bằng cả phép đo gián tiếp và trực tiếp, ví dụ, kể từ năm 2004, tàu thăm dò Cassini ở vùng lân cận của Sao Thổ thỉnh thoảng bay gần vệ tinh của nó, nhưng không có sự thay đổi nào về tốc độ của tàu thăm dò được ghi nhận. Với sự giúp đỡ của cùng một tàu Cassini, một mạch nước phun đã được phát hiện trên Enceladus, vệ tinh lớn thứ sáu của Sao Thổ.

Những quá trình vật lý nào phải diễn ra trên một mảnh băng vũ trụ để các tia hơi nước có thể bay vào vũ trụ?
Vì lý do tương tự, Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ, có đuôi ở dạng khí do kết quả của quá trình chìm trong khí quyển.

Các vệ tinh được dự đoán bởi lý thuyết về tiểu hành tinh vẫn chưa được tìm thấy, mặc dù số lượng rất lớn của chúng. Và trong tất cả các báo cáo về các tiểu hành tinh kép, hoặc cặp đôi, được cho là xoay quanh một khối tâm chung, không có bằng chứng nào về sự tuần hoàn của các cặp này. Những người đồng hành tình cờ ở gần đó, chuyển động theo quỹ đạo gần như đồng bộ xung quanh mặt trời.

Nỗ lực đưa vệ tinh nhân tạo vào quỹ đạo của tiểu hành tinh đã thất bại. Ví dụ bao gồm tàu thăm dò NEAR, được người Mỹ điều khiển tới tiểu hành tinh Eros, hoặc tàu thăm dò Hayabusa mà người Nhật đã gửi đến tiểu hành tinh Itokawa.

Sự thật thứ bảy: Các tiểu hành tinh của Sao Thổ không tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn

Tại một thời điểm, Lagrange, cố gắng giải quyết vấn đề ba vật thể, đã thu được một giải pháp ổn định cho một trường hợp cụ thể. Ông đã chỉ ra rằng vật thể thứ ba có thể chuyển động theo quỹ đạo của vật thể thứ hai, luôn luôn ở một trong hai điểm, một trong số đó ở phía trước vật thể thứ hai một góc 60 °, và vật thể thứ hai đi sau cùng một lượng.

Tuy nhiên, hai nhóm tiểu hành tinh, được tìm thấy ở phía sau và phía trước trong quỹ đạo của Sao Thổ, và được các nhà thiên văn gọi vui là Trojan, đã đi ra khỏi các khu vực được dự đoán, và sự xác nhận của định luật vạn vật hấp dẫn đã biến thành một vết thủng.

Sự thật thứ tám: mâu thuẫn với thuyết tương đối rộng

Theo các khái niệm hiện đại, tốc độ ánh sáng là hữu hạn, kết quả là chúng ta nhìn thấy các vật thể ở xa không phải ở vị trí của chúng vào lúc này, mà là ở điểm bắt đầu chùm ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy. Nhưng trọng lực di chuyển nhanh như thế nào?

Sau khi phân tích dữ liệu tích lũy được vào thời điểm đó, Laplace nhận thấy rằng "lực hấp dẫn" truyền nhanh hơn ánh sáng ít nhất bảy bậc độ lớn! Các phép đo hiện đại về nhận xung từ các pulsar đã đẩy tốc độ lan truyền của lực hấp dẫn hơn nữa - nhanh hơn tốc độ ánh sáng ít nhất 10 bậc. Vì vậy, các nghiên cứu thực nghiệm mâu thuẫn với lý thuyết tương đối rộng mà khoa học chính thức vẫn dựa vào, mặc dù nó đã thất bại hoàn toàn..

Sự thật thứ 9: Dị thường về trọng lực

Có những dị thường trọng lực tự nhiên, mà cũng không tìm thấy bất kỳ lời giải thích dễ hiểu nào từ khoa học chính thức. Dưới đây là một số ví dụ:

Sự thật thứ mười: các nghiên cứu về bản chất dao động của phản trọng lực

Có một số lượng lớn các nghiên cứu thay thế với kết quả ấn tượng trong lĩnh vực phản trọng lực, về cơ bản bác bỏ các tính toán lý thuyết của khoa học chính thống.

Một số nhà nghiên cứu phân tích bản chất dao động của phản trọng lực. Hiệu ứng này được thể hiện rõ ràng trong trải nghiệm hiện đại, nơi các giọt treo lơ lửng trong không khí do lực đẩy âm thanh. Ở đây chúng ta sẽ thấy làm thế nào, với sự trợ giúp của một âm thanh có tần số nhất định, có thể tự tin giữ những giọt chất lỏng trong không khí ...

Nhưng hiệu ứng thoạt nhìn được giải thích bởi nguyên lý của con quay hồi chuyển, nhưng ngay cả một thí nghiệm đơn giản như vậy phần lớn cũng mâu thuẫn với lực hấp dẫn theo nghĩa hiện đại của nó.

Ít ai biết rằng Viktor Stepanovich Grebennikov, một nhà côn trùng học người Siberia, người đã nghiên cứu tác động của cấu trúc khoang ở côn trùng, đã mô tả hiện tượng phản trọng lực ở côn trùng trong cuốn sách "Thế giới của tôi". Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng những loài côn trùng khổng lồ, chẳng hạn như loài vẹt đuôi dài, bay theo quy luật trọng lực hơn là vì chúng.

Hơn nữa, dựa trên nghiên cứu của mình, Grebennikov đã tạo ra một bệ chống trọng lực.

Viktor Stepanovich qua đời trong hoàn cảnh khá kỳ lạ và những thành tựu của ông đã bị mất đi một phần, tuy nhiên, một số phần nguyên mẫu của bệ chống trọng lực vẫn được bảo quản và có thể được nhìn thấy trong Bảo tàng Grebennikov ở Novosibirsk.

Một ứng dụng thực tế khác của phản trọng lực có thể được quan sát thấy ở thành phố Homestead ở Florida, nơi có một cấu trúc kỳ lạ gồm các khối nguyên khối san hô, được dân gian gọi là Lâu đài San hô. Nó được xây dựng bởi một người gốc Latvia - Edward Lidskalnin vào nửa đầu thế kỷ 20. Người đàn ông gầy gò này không có bất kỳ dụng cụ nào, thậm chí không có xe hơi và không có thiết bị nào cả.

Nó hoàn toàn không được sử dụng bằng điện, cũng do sự vắng mặt của nó, và tuy nhiên bằng cách nào đó nó đã đi xuống đại dương, nơi nó chạm khắc những khối đá nặng nhiều tấn và bằng cách nào đó đưa chúng đến địa điểm của nó, đặt chúng ra với độ chính xác hoàn hảo.

Sau cái chết của Ed, các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu kỹ lưỡng về sự sáng tạo của anh. Vì lợi ích của cuộc thử nghiệm, một chiếc máy ủi mạnh đã được đưa đến và một nỗ lực đã được thực hiện để di chuyển một trong những khối nặng 30 tấn của lâu đài san hô. Chiếc máy ủi gầm rú, trượt bánh nhưng không di chuyển được một tảng đá khổng lồ.

Một thiết bị kỳ lạ được tìm thấy bên trong lâu đài, được các nhà khoa học gọi là máy phát điện một chiều. Đó là một công trình kiến trúc khổng lồ với nhiều bộ phận bằng kim loại. 240 thanh nam châm vĩnh cửu đã được tích hợp bên ngoài thiết bị. Nhưng làm thế nào Edward Leedskalnin thực sự làm cho các khối nhiều tấn di chuyển vẫn còn là một bí ẩn.

Các nghiên cứu của John Searle được biết đến, trong tay người ta đã biết đến những chiếc máy phát điện khác thường, quay và tạo ra năng lượng; các đĩa có đường kính từ nửa mét đến 10 mét bay lên không trung và thực hiện các chuyến bay có kiểm soát từ London đến Cornwall và ngược lại.

Các thí nghiệm của giáo sư đã được lặp lại ở Nga, Mỹ và Đài Loan. Ví dụ, ở Nga, vào năm 1999, theo số 99122275/09, đơn đăng ký sáng chế "thiết bị tạo ra năng lượng cơ học" đã được đăng ký. Trên thực tế, Vladimir Vitalievich Roshchin và Sergey Mikhailovich Godin đã tái tạo SEG (Máy tạo hiệu ứng tìm kiếm) và tiến hành một loạt nghiên cứu với nó. Kết quả là một tuyên bố: bạn có thể nhận được 7 kW điện mà không cần chi tiêu; máy phát điện quay bị mất tới 40% trọng lượng.

Thiết bị thí nghiệm đầu tiên của Searle đã được đưa đến một địa điểm không xác định trong khi bản thân anh ta đang ở trong tù. Sự sắp đặt của Godin và Roshchin chỉ đơn giản là biến mất; tất cả các ấn phẩm về cô ấy, ngoại trừ đơn đăng ký phát minh, đã biến mất.

Còn được gọi là Hiệu ứng Hutchison, được đặt theo tên của nhà phát minh-kỹ sư người Canada. Hiệu ứng này được thể hiện ở việc các vật nặng bay lên, hợp kim của các vật liệu khác nhau (ví dụ, kim loại + gỗ), sự đốt nóng bất thường của kim loại khi không có chất cháy ở gần chúng. Đây là video về các hiệu ứng này:

Dù trọng lực thực sự là gì, cần phải thừa nhận rằng khoa học chính thống hoàn toàn không có khả năng giải thích rõ ràng bản chất của hiện tượng này..

Yaroslav Yargin

Đầu tiên, hãy tưởng tượng Trái đất như một quả bóng không chuyển động (Hình 3.1, a). Lực hấp dẫn F giữa Trái đất (khối lượng M) và một vật (khối lượng m) được xác định theo công thức: F =Gmm / r2

trong đó r là bán kính Trái đất. Hằng số G được gọi là hằng số hấp dẫn phổ quát và cực kỳ nhỏ. Khi r không đổi, lực F là const. m. Lực hút của một vật khối lượng m bởi Trái đất quyết định trọng lượng của vật thể này: W = mg so sánh các phương trình cho ta: g = const = GM / r 2.

Lực hút của một vật có khối lượng m bởi Trái đất làm cho nó rơi "xuống" với gia tốc g không đổi tại mọi điểm A, B, C và mọi nơi trên bề mặt trái đất (Hình 3.1.6).

Biểu đồ hợp lực của một vật tự do cũng cho thấy có một lực tác dụng lên Trái đất từ mặt bên của một vật khối lượng m, có phương ngược với lực tác dụng lên vật từ Trái đất. Tuy nhiên, khối lượng M của Trái đất quá lớn nên gia tốc "đi lên" a "của Trái đất, được tính theo công thức F \ u003d Ma", là không đáng kể và có thể bỏ qua. Trái đất có hình dạng khác hình cầu: bán kính ở cực r p nhỏ hơn bán kính ở xích đạo r e. Điều này có nghĩa là lực hút của một vật có khối lượng m ở cực F p \ u003d GMm / r 2 p lớn hơn ở xích đạo F e = GMm / r e. Do đó, gia tốc rơi tự do g p ở cực lớn hơn gia tốc rơi tự do g e ở xích đạo. Gia tốc g thay đổi theo vĩ độ phù hợp với sự thay đổi của bán kính Trái đất.

Như bạn đã biết, Trái đất luôn chuyển động. Nó quay quanh trục của nó, thực hiện một vòng quay mỗi ngày và di chuyển trên quỹ đạo quanh Mặt trời với chu kỳ quay một năm. Đơn giản, Trái đất như một quả cầu đồng chất, hãy coi chuyển động của các vật có khối lượng m trên cực A và trên xích đạo C (Hình 3.2). Trong một ngày, vật ở điểm A quay 360 °, giữ nguyên vị trí, còn vật ở điểm C bay được quãng đường 2lg. Để vật đặt tại điểm C chuyển động theo quỹ đạo tròn thì cần một lực tác dụng nào đó. Đây là lực hướng tâm, được xác định theo công thức mv 2 / r, trong đó v là tốc độ của vật thể trên quỹ đạo. Lực hút trọng trường tác dụng lên vật đặt tại điểm C, F = GMm / r phải:

a) đảm bảo chuyển động của cơ thể theo đường tròn;

b) hút vật thể về Trái đất.

Do đó, F = (mv 2 / r) + mg ở xích đạo, và F = mg ở cực. Điều này có nghĩa là g thay đổi theo vĩ độ khi bán kính của quỹ đạo thay đổi từ r tại C đến 0 tại A.

Thật thú vị khi tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra nếu tốc độ quay của Trái đất tăng lên đến mức lực hướng tâm tác dụng lên vật thể ở xích đạo sẽ trở thành lực hút, tức là mv 2 / r = F = GMm / r 2 . Tổng lực hấp dẫn sẽ được sử dụng duy nhất để giữ cho vật thể tại điểm C theo một quỹ đạo tròn, và sẽ không còn lực nào tác động lên bề mặt Trái đất. Bất kỳ sự gia tăng nào nữa về tốc độ quay của Trái đất sẽ cho phép cơ thể "trôi đi" vào không gian. Đồng thời, nếu phóng một tàu vũ trụ có các nhà du hành lên độ cao R so với tâm Trái đất với vận tốc v sao cho bằng nhau mv * / R = F = GMm / R 2 thì tàu vũ trụ này sẽ quay quanh Trái đất trong điều kiện không trọng lượng.

Các phép đo chính xác của gia tốc rơi tự do g cho thấy g thay đổi theo vĩ độ, như trong Bảng 3.1. Từ đó trọng lượng của một vật thể nhất định thay đổi trên bề mặt Trái đất từ cực đại ở vĩ độ 90 ° đến cực tiểu ở vĩ độ 0 °.

Ở cấp độ đào tạo này, những thay đổi nhỏ của gia tốc g thường được bỏ qua và giá trị trung bình là 9,81 m-s 2 được sử dụng. Để đơn giản hóa các phép tính, gia tốc g thường được lấy là số nguyên gần nhất, tức là 10 ms - 2, và do đó, lực hút tác dụng từ Trái đất lên vật thể có khối lượng 1 kg, tức là trọng lượng, được lấy bằng 10 N. hội đồng cho các bài kiểm tra đề xuất sử dụng g \ u003d 10 m-s - 2 hoặc 10 N-kg -1 để đơn giản hóa các phép tính.

« Vật lý - Lớp 10 "

Tại sao mặt trăng chuyển động quanh trái đất?
Điều gì xảy ra nếu mặt trăng dừng lại?
Tại sao các hành tinh quay quanh mặt trời?

Trong Chương 1, người ta đã thảo luận chi tiết rằng địa cầu truyền cùng một gia tốc cho tất cả các vật thể gần bề mặt Trái đất - gia tốc rơi tự do. Nhưng nếu quả địa cầu truyền gia tốc cho cơ thể, thì theo định luật thứ hai của Newton, nó sẽ tác dụng lên cơ thể một lực nào đó. Lực mà trái đất tác dụng lên vật thể được gọi là Trọng lực. Đầu tiên, chúng ta hãy tìm lực này, và sau đó xem xét lực vạn vật hấp dẫn.

Gia tốc modulo được xác định từ định luật thứ hai của Newton:

Trong trường hợp chung, nó phụ thuộc vào lực tác dụng lên vật thể và khối lượng của nó. Vì gia tốc rơi tự do không phụ thuộc vào khối lượng nên rõ ràng lực hấp dẫn phải tỉ lệ thuận với khối lượng:

Đại lượng vật lý là gia tốc rơi tự do, nó không đổi đối với mọi vật.

Dựa trên công thức F = mg, bạn có thể chỉ định một phương pháp đơn giản và thuận tiện thực tế để đo khối lượng của các vật thể bằng cách so sánh khối lượng của một vật thể nhất định với một đơn vị khối lượng tiêu chuẩn. Tỉ số khối lượng của hai vật bằng tỉ số giữa các trọng lực tác dụng lên các vật:

Điều này có nghĩa là khối lượng của các vật thể là như nhau nếu lực hấp dẫn tác dụng lên chúng là như nhau.

Đây là cơ sở để xác định khối lượng bằng cách cân trên lò xo hoặc cân cân bằng. Bằng cách đảm bảo lực ép của vật lên cân bằng với trọng lực tác dụng lên cân, cân bằng với lực ép của các quả cân lên các cân khác, bằng trọng lực tác dụng lên các quả cân. , do đó chúng tôi xác định khối lượng của cơ thể.

Lực hấp dẫn tác dụng lên một vật thể nhất định gần Trái đất có thể được coi là không đổi chỉ ở một vĩ độ nhất định gần bề mặt Trái đất. Nếu vật được nâng lên hoặc di chuyển đến một nơi có vĩ độ khác, thì gia tốc rơi tự do, và do đó là lực hấp dẫn, sẽ thay đổi.

Lực hấp dẫn.

Newton là người đầu tiên chứng minh một cách chặt chẽ rằng lý do gây ra sự rơi của một viên đá xuống Trái đất, chuyển động của Mặt trăng quanh Trái đất và của các hành tinh xung quanh Mặt trời là như nhau. Đây là Lực hấp dẫn hành động giữa bất kỳ cơ quan nào của Vũ trụ.

Newton đã đi đến kết luận rằng nếu không có lực cản của không khí, thì quỹ đạo của một viên đá được ném từ một ngọn núi cao (Hình 3.1) với một tốc độ nhất định có thể trở nên không bao giờ chạm tới bề mặt Trái đất, nhưng sẽ chuyển động xung quanh nó giống như cách các hành tinh mô tả quỹ đạo của chúng trên bầu trời.

Newton đã tìm ra lý do này và có thể diễn đạt chính xác nó dưới dạng một công thức - định luật vạn vật hấp dẫn.

Vì lực vạn vật hấp dẫn truyền cùng một gia tốc cho tất cả các vật thể, bất kể khối lượng của chúng là bao nhiêu, nên nó phải tỷ lệ với khối lượng của vật thể mà nó tác dụng:

“Lực hấp dẫn tồn tại đối với tất cả các vật thể nói chung và tỷ lệ thuận với khối lượng của mỗi vật thể trong số chúng ... tất cả các hành tinh đều hút về phía nhau ...” I. Newton

Nhưng vì, ví dụ, Trái đất tác dụng lên Mặt trăng một lực tỷ lệ với khối lượng của Mặt trăng, thì Mặt trăng, theo định luật thứ ba của Newton, phải tác dụng lên Trái đất với cùng một lực. Hơn nữa, lực này phải tỷ lệ với khối lượng của Trái đất. Nếu lực hấp dẫn thực sự là phổ quát, thì từ phía bên của một vật thể nhất định bất kỳ vật thể nào khác phải được tác động bởi một lực tỷ lệ với khối lượng của vật thể kia. Do đó, lực vạn vật hấp dẫn phải tỷ lệ với tích của khối lượng của các vật thể tương tác. Từ đó dẫn đến việc xây dựng định luật vạn vật hấp dẫn.

Định luật hấp dẫn:

Lực hút lẫn nhau của hai vật tỷ lệ thuận với tích khối lượng của hai vật này và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng:

Hệ số tỷ lệ thuận G được gọi là hằng số hấp dẫn.

Hằng số hấp dẫn bằng số của lực hút giữa hai chất điểm có khối lượng mỗi chất là 1 kg, nếu khoảng cách giữa chúng là 1 m. Suy cho cùng, với khối lượng m 1 \ u003d m 2 \ u003d 1 kg và khoảng cách r \ u003d 1 m, chúng ta nhận được G \ u003d F (bằng số).

Cần phải nhớ rằng định luật vạn vật hấp dẫn (3.4) như một định luật phổ quát có giá trị đối với các điểm vật chất. Trong trường hợp này, lực tương tác hấp dẫn hướng dọc theo đường nối các điểm này (Hình 3.2, a).

Có thể chỉ ra rằng các vật thể đồng chất có hình dạng của một quả bóng (ngay cả khi chúng không thể được coi là điểm vật chất, Hình 3.2, b) cũng tương tác với lực được xác định theo công thức (3.4). Trong trường hợp này, r là khoảng cách giữa các tâm của các quả bóng. Lực hút lẫn nhau nằm trên một đường thẳng đi qua tâm của các quả bóng. Lực lượng như vậy được gọi là Trung tâm. Các thiên thể rơi xuống Trái đất mà chúng ta thường coi là nhỏ hơn nhiều so với bán kính Trái đất (R ≈ 6400 km).

Các vật thể như vậy, bất kể hình dạng của chúng, có thể được coi là chất điểm và lực hút của chúng đối với Trái đất có thể được xác định bằng cách sử dụng định luật (3.4), lưu ý rằng r là khoảng cách từ vật thể đã cho đến tâm của Trái đất.

Một viên đá ném xuống Trái đất sẽ bị lệch dưới tác dụng của trọng lực khỏi một đường thẳng và, sau khi được mô tả là một quỹ đạo cong, cuối cùng sẽ rơi xuống Trái đất. Nếu bạn ném nó với tốc độ lớn hơn, nó sẽ rơi thêm ”. I. Newton

Định nghĩa hằng số hấp dẫn.

Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu làm thế nào bạn có thể tìm thấy hằng số hấp dẫn. Trước hết, hãy lưu ý rằng G có một tên cụ thể. Điều này là do thực tế là các đơn vị (và theo đó là tên) của tất cả các đại lượng có trong định luật vạn vật hấp dẫn đã được thiết lập trước đó. Định luật hấp dẫn cho ta một mối liên hệ mới giữa các đại lượng đã biết với các tên đơn vị nhất định. Đó là lý do tại sao hệ số trở thành một giá trị được đặt tên. Sử dụng công thức của định luật vạn vật hấp dẫn, ta dễ dàng tìm được tên của đơn vị của hằng số hấp dẫn trong SI: N m 2 / kg 2 \ u003d m 3 / (kg s 2).

Để định lượng G, cần phải xác định một cách độc lập tất cả các đại lượng có trong định luật vạn vật hấp dẫn: cả khối lượng, lực và khoảng cách giữa các vật thể.

Khó khăn nằm ở chỗ lực hấp dẫn giữa các vật thể có khối lượng nhỏ là cực kỳ nhỏ. Chính vì lý do này mà chúng ta không nhận thấy lực hút của cơ thể mình đối với các vật xung quanh và lực hút lẫn nhau của các vật vào nhau, mặc dù lực hấp dẫn là lực phổ biến nhất trong tất cả các lực trong tự nhiên. Hai người nặng 60 kg ở cách nhau 1 m thì hút nhau với một lực chỉ khoảng 10-9 N. Vì vậy, để đo hằng số hấp dẫn, cần có những thí nghiệm khá tinh tế.

Hằng số hấp dẫn được nhà vật lý người Anh G. Cavendish đo lần đầu tiên vào năm 1798 bằng một thiết bị gọi là cân bằng lực xoắn. Sơ đồ của cân bằng lực xoắn được thể hiện trong Hình 3.3. Một con lắc nhẹ có hai quả nặng giống nhau ở hai đầu được treo trên một sợi dây đàn hồi mỏng. Hai quả cầu nặng được đặt cố định bất động gần đó. Lực hấp dẫn tác dụng giữa quả nặng và quả cầu chuyển động. Dưới tác dụng của các lực này, con lắc quay và xoắn sợi chỉ cho đến khi lực đàn hồi tạo ra bằng lực hấp dẫn. Góc xoắn có thể được sử dụng để xác định lực hút. Để làm điều này, bạn chỉ cần biết các đặc tính đàn hồi của chỉ. Khối lượng của các vật thể đã được biết đến và có thể đo trực tiếp khoảng cách giữa các tâm của các vật thể tương tác.

Từ các thí nghiệm này, giá trị của hằng số hấp dẫn thu được sau đây:

G \ u003d 6,67 10-11 N m 2 / kg 2.

Chỉ trong trường hợp khi các vật thể có khối lượng cực lớn tương tác với nhau (hoặc ít nhất khối lượng của một trong các vật thể rất lớn) thì lực hấp dẫn mới đạt được giá trị lớn. Ví dụ, Trái đất và Mặt trăng hút nhau với lực F ≈ 2 10 20 N.

Sự phụ thuộc của gia tốc rơi tự do của các vật vào vĩ độ địa lí.

Một trong những nguyên nhân làm tăng gia tốc trọng trường khi chuyển điểm mà vật thể nằm từ xích đạo về các cực là do địa cầu có phần bị dẹt ở các cực và khoảng cách từ tâm Trái đất đến bề mặt của nó bằng các cực nhỏ hơn ở xích đạo. Một lý do khác là sự quay của Trái đất.

Tính bằng nhau của khối lượng quán tính và trọng trường.

Tính chất nổi bật nhất của lực hấp dẫn là chúng truyền cùng một gia tốc cho tất cả các vật thể, bất kể khối lượng của chúng là bao nhiêu. Bạn sẽ nói gì về một cầu thủ bóng đá mà cú đá của anh ta sẽ làm tăng tốc độ của một quả bóng bằng da thông thường và có trọng lượng hai pound? Mọi người sẽ nói rằng điều đó là không thể. Nhưng Trái đất chỉ là một “cầu thủ bóng đá phi thường”, với điểm khác biệt duy nhất là tác động của nó lên các cơ thể không mang tính chất tác động ngắn hạn, mà kéo dài liên tục trong hàng tỷ năm.

Theo lý thuyết của Newton, khối lượng là nguồn gốc của trường hấp dẫn. Chúng ta đang ở trong trường hấp dẫn của Trái đất. Đồng thời, chúng ta cũng là nguồn của trường hấp dẫn, nhưng do khối lượng của chúng ta nhỏ hơn nhiều so với khối lượng của Trái đất nên trường của chúng ta yếu hơn nhiều và các vật thể xung quanh không phản ứng với nó.

Tính chất bất thường của lực hấp dẫn, như chúng ta đã nói, được giải thích là do những lực này tỷ lệ với khối lượng của cả hai vật thể tương tác. Khối lượng của vật thể, được bao gồm trong định luật thứ hai của Newton, xác định các đặc tính quán tính của vật thể, tức là khả năng có được một gia tốc nhất định dưới tác dụng của một lực nhất định. Đây là khối lượng quán tính m và.

Có vẻ như, nó có mối quan hệ gì với khả năng các cơ thể hút nhau? Khối lượng quyết định khả năng hút nhau của các vật là khối lượng trọng trường m r.

Hoàn toàn không tuân theo cơ học Newton rằng khối lượng quán tính và hấp dẫn là như nhau, tức là

m và = m r. (3.5)

Bình đẳng (3.5) là hệ quả trực tiếp của kinh nghiệm. Nó có nghĩa là người ta có thể nói một cách đơn giản về khối lượng của một vật thể như một thước đo định lượng của cả tính chất quán tính và hấp dẫn của nó.

Lực hấp dẫn là nền tảng mà vũ trụ nằm trên đó. Nhờ lực hấp dẫn, Mặt trời không nổ, khí quyển không thoát ra ngoài vũ trụ, con người và động vật di chuyển tự do trên bề mặt, cây cối đơm hoa kết trái.

Cơ học thiên thể và lý thuyết tương đối

Định luật vạn vật hấp dẫn được học từ lớp 8-9 trung học phổ thông. Học sinh siêng năng biết về quả táo nổi tiếng rơi trúng đầu của Isaac Newton vĩ đại và những khám phá sau đó. Trên thực tế, để đưa ra một định nghĩa rõ ràng về lực hấp dẫn khó hơn nhiều. Các nhà khoa học hiện đại tiếp tục thảo luận về cách các vật thể tương tác trong không gian vũ trụ và liệu phản trọng lực có tồn tại hay không. Rất khó nghiên cứu hiện tượng này trong các phòng thí nghiệm trên cạn, do đó, có một số lý thuyết cơ bản về lực hấp dẫn:

Lực hấp dẫn Newton

Năm 1687, Newton đặt nền móng cho cơ học thiên thể, nghiên cứu chuyển động của các thiên thể trong không gian trống. Ông đã tính toán lực hút của mặt trăng trên trái đất. Theo công thức, lực này phụ thuộc trực tiếp vào khối lượng của chúng và khoảng cách giữa các vật.

F = (G m1 m2) / r2
Hằng số hấp dẫn G = 6,67 * 10-11

Phương trình này không hoàn toàn phù hợp khi phân tích một trường hấp dẫn mạnh hoặc lực hút của nhiều hơn hai vật thể.

Thuyết hấp dẫn của Einstein

Trong quá trình thực hiện các thí nghiệm khác nhau, các nhà khoa học đã đưa ra kết luận rằng có một số sai sót trong công thức của Newton. Cơ sở của cơ học thiên thể là một lực tầm xa hoạt động tức thời bất kể khoảng cách, điều này không tương ứng với thuyết tương đối.

Theo lý thuyết của A. Einstein được phát triển vào đầu thế kỷ 20, thông tin không truyền nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong chân không, do đó hiệu ứng hấp dẫn phát sinh do sự biến dạng không-thời gian. Một vật có khối lượng càng lớn thì độ cong mà vật nhẹ hơn lăn được càng lớn.

lực hấp dẫn lượng tử

Một lý thuyết rất gây tranh cãi và chưa được hình thành đầy đủ giải thích sự tương tác của các vật thể như một sự trao đổi của các hạt đặc biệt - graviton.

Vào đầu thế kỷ 21, các nhà khoa học đã tiến hành một số thí nghiệm quan trọng, bao gồm cả với sự trợ giúp của máy va chạm hadron, và phát triển lý thuyết về lực hấp dẫn lượng tử vòng lặp và lý thuyết dây.

Vũ trụ không có trọng lực

Các tiểu thuyết giả tưởng thường mô tả các biến dạng trọng trường khác nhau, các buồng chống trọng lực và tàu vũ trụ với trường hấp dẫn nhân tạo. Người đọc đôi khi thậm chí không nghĩ đến việc các âm mưu trong sách phi thực tế như thế nào và điều gì sẽ xảy ra nếu lực hấp dẫn giảm / tăng hoặc hoàn toàn biến mất.

Con người thích nghi với lực hấp dẫn của trái đất, vì vậy trong những điều kiện khác, con người sẽ phải thay đổi đáng kể. Không trọng lượng dẫn đến teo cơ, giảm số lượng tế bào hồng cầu và gián đoạn hoạt động của tất cả các hệ thống quan trọng của cơ thể, và với sự gia tăng trường hấp dẫn, con người chỉ đơn giản là không thể di chuyển.
Không khí và nước, thực vật và động vật, nhà cửa và ô tô sẽ bay vào không gian vũ trụ. Ngay cả khi mọi người cố gắng ở lại, họ sẽ nhanh chóng chết nếu không có oxy và thức ăn. Trọng lực thấp trên Mặt trăng là lý do chính dẫn đến việc không có bầu khí quyển trên đó, và theo đó là sự sống.
Hành tinh của chúng ta sẽ tan rã khi áp suất ở trung tâm Trái đất biến mất, tất cả các núi lửa hiện có phun trào và các mảng kiến tạo bắt đầu phân tách.
Các ngôi sao sẽ phát nổ do áp suất mạnh và sự va chạm hỗn loạn của các hạt trong lõi.
Vũ trụ sẽ biến thành một cái hầm vô hình của các nguyên tử và phân tử không có khả năng kết hợp để tạo ra thứ gì đó hơn thế nữa.

May mắn thay cho nhân loại, sự tắt ngấm của lực hấp dẫn và những sự kiện khủng khiếp xảy ra sau đó sẽ không bao giờ xảy ra. Viễn cảnh đen tối chỉ đơn giản là chứng minh lực hấp dẫn quan trọng như thế nào. Cô ấy yếu hơn nhiều so với điện từ học, tương tác mạnh hay yếu, nhưng trên thực tế, nếu không có nó, thế giới của chúng ta sẽ không còn tồn tại.