Cấu tạo của 3 loại theo 2 đã cho. Một ví dụ về xây dựng hình chiếu thứ ba của một điểm theo hai

Pháp luật Trọng lựcđược Newton phát hiện vào năm 1687 khi đang nghiên cứu chuyển động của vệ tinh Mặt Trăng quanh Trái Đất. Nhà vật lý người Anh đã hình thành rõ ràng định đề đặc trưng cho các lực hút. Ngoài ra, bằng cách phân tích các định luật Kepler, Newton đã tính toán rằng các lực hấp dẫn không chỉ tồn tại trên hành tinh của chúng ta mà còn tồn tại trong không gian.

Lý lịch

Định luật vạn vật hấp dẫn không tự phát sinh ra. Từ xa xưa, con người đã nghiên cứu bầu trời, chủ yếu để biên soạn nông lịch, tính toán Những ngày quan trọng, ngày lễ tôn giáo. Các quan sát chỉ ra rằng ở trung tâm của "thế giới" là Mặt trời (Luminary), xung quanh đó các thiên thể quay theo quỹ đạo. Sau đó, những giáo điều của nhà thờ không cho phép nghĩ như vậy, và mọi người đánh mất kiến ​​thức tích lũy qua hàng nghìn năm.

Vào thế kỷ 16, trước khi phát minh ra kính thiên văn, một thiên hà gồm các nhà thiên văn đã xuất hiện, những người nhìn bầu trời một cách khoa học, bác bỏ những điều cấm của nhà thờ. T. Brahe, quan sát vũ trụ trong nhiều năm, đã hệ thống hóa chuyển động của các hành tinh một cách đặc biệt. Những dữ liệu có độ chính xác cao này đã giúp I. Kepler sau đó khám phá ra ba định luật của mình.

Vào thời điểm khám phá ra định luật hấp dẫn trong thiên văn học (1667) bởi Isaac Newton, hệ nhật tâm của thế giới N. Copernicus cuối cùng đã được thiết lập. Theo nó, mỗi hành tinh của hệ thống quay quanh Mặt trời theo những quỹ đạo, với giá trị gần đúng đủ cho nhiều phép tính, có thể được coi là hình tròn. TẠI đầu thế kỷ XVII trong. I. Kepler, phân tích công trình của T. Brahe, đã thiết lập các định luật động học đặc trưng cho chuyển động của các hành tinh. Khám phá đã trở thành nền tảng để làm rõ động lực học của các hành tinh, tức là các lực quyết định chính xác kiểu chuyển động của chúng.

Mô tả tương tác

Không giống như các tương tác mạnh và yếu trong thời gian ngắn, lực hấp dẫn và điện trường có tài sản tầm xa: ảnh hưởng của họ được thể hiện ở những khoảng cách khổng lồ. Trên hiện tượng cơ học 2 lực tác động trong môi trường vĩ mô: điện từ và lực hấp dẫn. Tác động của các hành tinh lên vệ tinh, sự bay của một vật thể bị bỏ rơi hoặc được phóng đi, sự trôi nổi của một vật thể trong chất lỏng - lực hấp dẫn tác động trong mỗi hiện tượng này. Những vật thể này bị hành tinh hút, hút về phía nó, do đó có tên là "luật vạn vật hấp dẫn".

Nó đã được chứng minh rằng giữa cơ thể vật lý Chắc chắn có một lực hút lẫn nhau. Những hiện tượng như sự rơi của các vật thể trên Trái đất, sự quay của Mặt trăng, các hành tinh xung quanh Mặt trời, xảy ra dưới tác dụng của lực hút vũ trụ, được gọi là lực hấp dẫn.

Luật hấp dẫn: công thức

Lực hấp dẫn phổ quát được xây dựng như sau: bất kỳ hai đối tượng vật chất hút nhau bằng một lực nhất định. Độ lớn của lực này tỷ lệ thuận với tích khối lượng của các vật này và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng:

Trong công thức, m1 và m2 là khối lượng của các đối tượng vật chất được nghiên cứu; r là khoảng cách xác định giữa các khối tâm của các vật được tính toán; G là đại lượng hấp dẫn không đổi biểu thị lực thực hiện lực hút lẫn nhau của hai vật có khối lượng 1 kg, đặt cách nhau 1 m.

Lực hút phụ thuộc vào điều gì?

Định luật vạn vật hấp dẫn hoạt động khác nhau, tùy thuộc vào từng khu vực. Vì lực hút phụ thuộc vào các giá trị của vĩ độ trong một khu vực nhất định, nên gia tốc tương tự rơi tự do có các giá trị khác nhauỞ những nơi khác nhau. Giá trị lớn nhất của trọng lực và theo đó, gia tốc rơi tự do tại các cực của Trái đất - lực hấp dẫn tại các điểm này bằng lực hút. Giá trị tối thiểu sẽ ở đường xích đạo.

Địa cầu hơi dẹt, bán kính vùng cực của nó nhỏ hơn đường xích đạo khoảng 21,5 km. Tuy nhiên, sự phụ thuộc này ít đáng kể hơn so với tốc độ quay hàng ngày của Trái đất. Các tính toán cho thấy rằng do Trái đất nghiêng về phía xích đạo, giá trị của gia tốc rơi tự do nhỏ hơn một chút so với giá trị của nó ở cực 0,18% và qua chuyển động quay hàng ngày - bằng 0,34%.

Tuy nhiên, ở cùng một vị trí trên Trái đất, góc giữa các vectơ chỉ phương là nhỏ, do đó sự khác biệt giữa lực hút và lực hấp dẫn là không đáng kể, và nó có thể bị bỏ qua trong tính toán. Nghĩa là, chúng ta có thể giả định rằng môđun của các lực này là như nhau - gia tốc rơi tự do gần bề mặt Trái đất là như nhau ở mọi nơi và xấp xỉ 9,8 m / s².

Sự kết luận

Isaac Newton là nhà khoa học đã làm nên một cuộc cách mạng khoa học, xây dựng lại hoàn toàn các nguyên lý của động lực học và dựa trên đó tạo ra một bức tranh khoa học về thế giới. Khám phá của ông có ảnh hưởng đến sự phát triển của khoa học, sự sáng tạo của văn hóa vật chất và tinh thần. Định mệnh của Newton phải xem xét lại kết quả quan niệm của ông về thế giới. Vào thế kỷ 17 các nhà khoa học đã hoàn thành công trình vĩ đại xây dựng nền tảng của một khoa học mới - vật lý.

Tại sao một hòn đá được thả ra từ tay lại rơi xuống đất? Vì nó bị Trái đất thu hút nên mỗi bạn sẽ nói. Thực tế, hòn đá rơi xuống Trái đất với gia tốc rơi tự do. Do đó, một lực hướng về Trái đất sẽ tác dụng lên hòn đá từ phía của Trái đất. Theo định luật thứ ba của Newton, viên đá cũng tác dụng lên Trái đất với cùng một môđun lực hướng về viên đá. Nói cách khác, lực hút lẫn nhau tác động giữa Trái đất và viên đá.

Newton là người đầu tiên đoán ra, và sau đó đã 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 các hành tinh xung quanh Mặt trời, là một và giống nhau. Đây là lực hấp dẫn tác động giữa bất kỳ thiên thể nào của Vũ trụ. Đây là quá trình lập luận của ông được đưa ra trong tác phẩm chính của Newton "Các nguyên tắc toán học của triết học tự nhiên":

“Một viên đá ném theo phương ngang sẽ bị lệch dưới tác động của trọng lực từ đường dẫn thẳng và, sau khi mô tả một quỹ đạo cong, cuối cùng sẽ rơi xuống Trái đất. Nếu bạn ném nó với tốc độ cao hơn, thì nó sẽ rơi thêm ”(Hình 1).

Tiếp tục suy luận này, Newton đi đến kết luận rằng nếu không có lực cản của không khí, thì quỹ đạo của một viên đá ném ra từ núi cao với một tốc độ nhất định, nó có thể trở nên không bao giờ chạm tới bề mặt Trái đất, nhưng sẽ chuyển động xung quanh nó "giống như các hành tinh mô tả quỹ đạo của chúng trong không gian trên trời."

Giờ đây, chúng ta đã quá quen với sự chuyển động của các vệ tinh quanh Trái đất nên không cần giải thích chi tiết hơn về tư tưởng của Newton.

Vì vậy, theo Newton, chuyển động của Mặt trăng quanh Trái đất hay các hành tinh xung quanh Mặt trời cũng là một sự rơi tự do, nhưng chỉ là một sự rơi kéo dài không ngừng trong hàng tỷ năm. Lý do cho sự “rơi” như vậy (cho dù chúng ta đang thực sự nói về sự rơi của một viên đá bình thường trên Trái đất hay sự chuyển động của các hành tinh trong quỹ đạo của chúng) là do lực hấp dẫn vũ trụ. Lực này phụ thuộc vào điều gì?

Sự phụ thuộc của trọng lực vào khối lượng của các vật

Galileo đã chứng minh rằng trong quá trình rơi tự do, Trái đất truyền cùng một gia tốc cho tất cả các vật thể ở một nơi nhất định, bất kể khối lượng của chúng là bao nhiêu. Nhưng gia tốc, theo định luật thứ hai của Newton, tỷ lệ nghịch với khối lượng. Làm thế nào người ta có thể giải thích rằng gia tốc truyền cho một vật bởi trọng lực của Trái đất là như nhau đối với tất cả các vật? Điều này chỉ có thể xảy ra nếu lực hút Trái đất tỷ lệ thuận với khối lượng của vật thể. Trong trường hợp này, chẳng hạn, sự gia tăng khối lượng m lên hệ số hai sẽ dẫn đến sự gia tăng môđun của lực. F cũng tăng gấp đôi và gia tốc bằng \ (a = \ frac (F) (m) \), sẽ không thay đổi. Tổng quát kết luận này cho lực hấp dẫn giữa bất kỳ vật thể nào, chúng ta kết luận rằng lực vạn vật hấp dẫn tỷ lệ thuận với khối lượng của vật mà lực này tác dụng.

Nhưng có ít nhất hai cơ thể tham gia vào quá trình thu hút lẫn nhau. Mỗi người trong số họ, theo định luật thứ ba của Newton, chịu cùng một môđun của lực hấp dẫn. Do đó, mỗi lực này phải tỷ lệ thuận với khối lượng của một vật và khối lượng của vật kia. Do đó, lực vạn vật hấp dẫn giữa hai vật tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng:

\ (F \ sim m_1 \ cdot m_2 \)

Sự phụ thuộc của trọng lực vào khoảng cách giữa các vật

Kinh nghiệm đều biết rằng gia tốc rơi tự do là 9,8 m / s 2 và đối với vật rơi từ độ cao 1, 10 và 100 m cũng vậy, nghĩa là nó không phụ thuộc vào khoảng cách giữa vật và Trái đất. Điều này dường như có nghĩa là lực không phụ thuộc vào khoảng cách. Nhưng Newton tin rằng không phải đo khoảng cách từ bề mặt mà từ trung tâm Trái đất. Nhưng bán kính của Trái đất là 6400 km. Rõ ràng là vài chục, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn mét trên bề mặt Trái đất không thể thay đổi đáng kể giá trị của gia tốc rơi tự do.

Để tìm hiểu khoảng cách giữa các thiên thể ảnh hưởng như thế nào đến lực hút lẫn nhau của chúng, cần phải tìm ra gia tốc của các thiên thể ở xa Trái đất ở khoảng cách đủ lớn là gì. Tuy nhiên, rất khó để quan sát và nghiên cứu sự rơi tự do của một thiên thể từ độ cao hàng nghìn km so với Trái đất. Nhưng chính thiên nhiên đã ra tay giải cứu ở đây và giúp nó có thể xác định gia tốc của một vật thể chuyển động trong một vòng quanh Trái đất và do đó sở hữu gia tốc hướng tâm, tất nhiên, gây ra bởi cùng một lực hút đối với Trái đất. Một cơ thể như vậy là vệ tinh tự nhiên Trái đất - Mặt trăng. Nếu lực hút giữa Trái đất và Mặt trăng không phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng, thì gia tốc hướng tâm của Mặt trăng sẽ giống như gia tốc của một vật rơi tự do gần bề mặt Trái đất. Trong thực tế, gia tốc hướng tâm của Mặt trăng là 0,0027 m / s 2.

Hãy chứng minh điều đó. Vòng quay của Mặt trăng xung quanh Trái đất xảy ra dưới tác dụng của lực hấp dẫn giữa chúng. Một cách gần đúng, quỹ đạo của Mặt trăng có thể được coi là một hình tròn. Do đó, Trái đất truyền gia tốc hướng tâm lên Mặt trăng. Nó được tính bằng công thức \ (a = \ frac (4 \ pi ^ 2 \ cdot R) (T ^ 2) \), trong đó R- bán kính quỹ đạo mặt trăng, bằng khoảng 60 bán kính của Trái đất, T≈ 27 ngày 7 giờ 43 phút ≈ 2,4 ∙ 10 6 s là chu kỳ quay của Mặt Trăng quanh Trái Đất. Cho rằng bán kính trái đất R h ≈ 6,4 ∙ 10 6 m, ta được gia tốc hướng tâm của Mặt Trăng bằng:

\ (a = \ frac (4 \ pi ^ 2 \ cdot 60 \ cdot 6.4 \ cdot 10 ^ 6) ((2.4 \ cdot 10 ^ 6) ^ 2) \ khoảng 0,0027 \) m / s 2.

Giá trị tìm được của gia tốc nhỏ hơn gia tốc rơi tự do của các vật ở gần bề mặt Trái Đất (9,8 m / s 2) khoảng 3600 = 60 2 lần.

Do đó, khoảng cách giữa cơ thể và Trái đất tăng lên 60 lần dẫn đến giảm gia tốc theo báo cáo Trọng lực, và do đó, chính lực hút gấp 60 2 lần.

Điều này dẫn đến một kết luận quan trọng: gia tốc truyền cho các vật bằng lực hút trái đất giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến tâm trái đất

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

Luật hấp dẫn

Năm 1667, Newton cuối cùng đã xây dựng định luật vạn vật hấp dẫn:

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

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.

Yếu tố tỷ lệ G triệu tập hằng số hấp dẫn.

Luật hấp dẫn chỉ có giá trị đối với các vật thể có kích thước nhỏ không đáng kể so với khoảng cách giữa chúng. Nói cách khác, nó chỉ là công bằng cho điểm vật chất. Trong trường hợp này, lực tương tác hấp dẫn hướng dọc theo đường nối các điểm này (Hình 2). Các lực như vậy được gọi là trung tâm.

Để tìm lực hấp dẫn tác dụng lên một vật nhất định từ phía của vật khác, trong trường hợp không thể bỏ qua kích thước của các vật thể, hãy tiến hành như sau. Cả hai cơ thể đều được phân chia về mặt tinh thần thành các phần tử nhỏ đến mức mỗi phần tử có thể được coi là một điểm. Cộng các lực hấp dẫn tác dụng lên từng phần tử của một vật thể nhất định từ tất cả các phần tử của vật thể khác, chúng ta thu được lực tác dụng lên phần tử này (Hình 3). Sau khi thực hiện một hoạt động như vậy cho từng phần tử của một vật thể nhất định và tổng hợp các lực tạo thành, họ tìm thấy tổng lực hấp dẫn tác dụng lên vật thể này. Nhiệm vụ này là khó khăn.

Tuy nhiên, có một trường hợp thực tế quan trọng khi công thức (1) có thể áp dụng cho các phần mở rộng. Có thể chứng minh rằng các vật thể hình cầu, mật độ của chúng chỉ phụ thuộc vào khoảng cách đến tâm của chúng, ở khoảng cách giữa chúng lớn hơn tổng bán kính của chúng, hút các lực mà môđun của chúng được xác định theo công thức (1). Trong trường hợp này R là khoảng cách giữa các tâm của các quả bóng.

Và cuối cùng, vì kích thước của các thiên thể rơi xuống Trái đất rất nhiều kích thước nhỏ hơn Trái đất, thì những thiên thể này có thể được coi là những thiên thể điểm. Sau đó, dưới R trong công thức (1) người ta nên hiểu khoảng cách từ một vật nhất định đến tâm Trái đất.

Giữa tất cả các vật thể đều có lực hút lẫn nhau, phụ thuộc vào bản thân các vật thể (khối lượng của chúng) và vào khoảng cách giữa chúng.

Ý nghĩa vật lý của hằng số hấp dẫn

Từ công thức (1) chúng ta thấy

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

Điều này xảy ra nếu khoảng cách giữa các phần tử bằng số ( R= 1 m) và khối lượng của các vật thể tương tác cũng bằng thể thống nhất ( m 1 = m 2 = 1 kg), khi đó hằng số hấp dẫn bằng số bằng môđun lực F. Như vậy ( ý nghĩa vật lý ),

hằng số hấp dẫn có giá trị bằng môđun của lực hấp dẫn tác dụng lên vật có khối lượng 1 kg từ một vật khác có cùng khối lượng với khoảng cách giữa các vật bằng 1 m..

Trong SI, hằng số hấp dẫn được biểu thị bằng

.

Kinh nghiệm Cavendish

Giá trị của hằng số hấp dẫn G chỉ có thể được tìm thấy theo kinh nghiệm. Để làm điều này, bạn cần đo môđun của lực hấp dẫn F, tác động lên khối lượng cơ thể m 1 bên trọng lượng cơ thể m 2 ở một khoảng cách đã biết R giữa các cơ thể.

Các phép đo đầu tiên của hằng số hấp dẫn được thực hiện trong giữa ngày mười tám trong. Ước tính, mặc dù rất đại khái, giá trị G tại thời điểm đó đã thành công do xem xét lực hút của con lắc đối với ngọn núi, khối lượng của nó được xác định bằng các phương pháp địa chất.

Các phép đo chính xác về hằng số hấp dẫn lần đầu tiên được thực hiện vào năm 1798. Nhà vật lý người Anh G. Cavendish sử dụng một thiết bị gọi là cân bằng lực xoắn. Về sơ đồ, cân bằng lực xoắn được thể hiện trong Hình 4.

Cavendish cố định hai quả bóng chì nhỏ (đường kính 5 cm và trọng lượng m 1 = 775 g mỗi) ở hai đầu đối diện của một thanh dài hai mét. Thanh được treo trên một sợi dây mảnh. Đối với dây này, các lực đàn hồi sinh ra trong nó khi xoắn qua các góc khác nhau đã được xác định sơ bộ. Hai viên bi chì lớn (đường kính 20 cm và trọng lượng m 2 = 49,5 kg) có thể được đưa lại gần quả bóng nhỏ. Lực hút từ các quả cầu lớn buộc các quả cầu nhỏ chuyển động về phía chúng, đồng thời dây dãn xoắn một chút. Mức độ xoắn là thước đo lực tác dụng giữa các quả bóng. Góc xoắn của dây (hoặc chuyển động quay của thanh với các quả cầu nhỏ) hóa ra nhỏ đến mức phải đo bằng ống quang. Kết quả mà Cavendish thu được chỉ khác 1% so với giá trị của hằng số hấp dẫn được chấp nhận ngày nay:

G ≈ 6,67 ∙ 10 -11 (N ∙ m 2) / kg 2

Như vậy, lực hút của hai vật nặng 1 kg đặt cách nhau 1 m chỉ có môđun 6,67 ∙ 10 -11 N. Đây là lực rất nhỏ. Chỉ trong trường hợp khi các vật thể có khối lượng cực lớn tương tác (hoặc ít nhất là khối lượng của một trong các vật thể đó lớn) thì lực hấp dẫn mới trở nên lớn. Ví dụ, Trái đất kéo Mặt trăng bằng lực F≈ 2 ∙ 10 20 N.

Lực hấp dẫn là lực "yếu nhất" trong tất cả các lực của tự nhiên. Điều này là do hằng số hấp dẫn nhỏ. Nhưng với khối lượng lớn của các thiên thể vũ trụ, lực hấp dẫn của vũ trụ trở nên rất lớn. Các lực này giữ tất cả các hành tinh ở gần Mặt trời.

Ý nghĩa của định luật trọng lực

Định luật vạn vật hấp dẫn làm nền tảng cho cơ học thiên thể - khoa học về chuyển động của các hành tinh. Với sự trợ giúp của định luật này, vị trí của các thiên thể trên hành tinh được xác định với độ chính xác cao. hầm thiên đường nhiều thập kỷ trước và quỹ đạo của chúng được tính toán. Định luật vạn vật hấp dẫn cũng được sử dụng trong tính toán chuyển động của các vệ tinh Trái đất nhân tạo và các phương tiện tự động liên hành tinh.

Sự xáo trộn trong chuyển động của các hành tinh. Các hành tinh không chuyển động hoàn toàn theo định luật Kepler. Định luật Kepler sẽ được tuân thủ nghiêm ngặt đối với chuyển động của một hành tinh nhất định chỉ khi hành tinh này chỉ quay quanh Mặt trời. Nhưng có rất nhiều hành tinh trong hệ mặt trời, tất cả chúng đều bị hút bởi cả Mặt trời và lẫn nhau. Do đó, có những xáo trộn trong chuyển động của các hành tinh. Trong hệ mặt trời, nhiễu loạn là nhỏ, bởi vì lực hút của hành tinh bởi Mặt trời mạnh hơn nhiều so với lực hút của các hành tinh khác. Khi tính toán vị trí biểu kiến ​​của các hành tinh, phải tính đến các nhiễu động. Khi phóng các thiên thể nhân tạo và khi tính toán quỹ đạo của chúng, họ sử dụng lý thuyết gần đúng về chuyển động của các thiên thể - lý thuyết nhiễu loạn.

Khám phá sao Hải Vương. Một trong ví dụ rõ ràng Chiến thắng của định luật vạn vật hấp dẫn là việc phát hiện ra hành tinh Neptune. Năm 1781, nhà thiên văn học người Anh William Herschel đã khám phá ra hành tinh Uranus. Quỹ đạo của nó đã được tính toán và một bảng về các vị trí của hành tinh này đã được tổng hợp trong nhiều năm tới. Tuy nhiên, một cuộc kiểm tra bảng này, được thực hiện vào năm 1840, cho thấy dữ liệu của nó khác với thực tế.

Các nhà khoa học đã gợi ý rằng sự sai lệch trong chuyển động của Sao Thiên Vương là do sức hút của một hành tinh không xác định nằm xa Mặt Trời hơn cả Sao Thiên Vương. Biết được độ lệch so với quỹ đạo đã tính toán (sự xáo trộn trong chuyển động của Sao Thiên Vương), Adams người Anh và Leverrier người Pháp, sử dụng định luật vạn vật hấp dẫn, đã tính toán vị trí của hành tinh này trên bầu trời. Adams đã hoàn thành các phép tính sớm hơn, nhưng những người quan sát mà ông đã báo cáo kết quả của mình không vội xác minh. Trong khi đó, Leverrier, sau khi hoàn thành các tính toán của mình, đã chỉ ra cho nhà thiên văn học người Đức Halle nơi để tìm kiếm một hành tinh không xác định. Vào buổi tối đầu tiên, ngày 28 tháng 9 năm 1846, Halle, hướng kính viễn vọng vào vị trí đã chỉ định, đã phát hiện ra hành tinh mới. Họ đặt tên cho cô ấy là Neptune.

Theo cách tương tự, vào ngày 14 tháng 3 năm 1930, hành tinh Pluto được phát hiện. Cả hai khám phá đều được cho là đã được thực hiện "trên đầu cây bút".

Sử dụng định luật vạn vật hấp dẫn, bạn có thể tính toán khối lượng của các hành tinh và vệ tinh của chúng; giải thích các hiện tượng như sự lên xuống và dòng chảy của nước trong các đại dương, v.v.

Lực vạn vật hấp dẫn là lực phổ quát nhất trong tất cả các lực của tự nhiên. Chúng tác động giữa bất kỳ vật thể nào có khối lượng, và mọi vật thể đều có khối lượng. Không có rào cản nào đối với lực hấp dẫn. Chúng hoạt động thông qua bất kỳ cơ thể nào.

Văn chương

1. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Vật lý: Proc. cho 9 ô. trung bình trường học - M.: Khai sáng, 1992. - 191 tr.
2. Vật lý: Cơ học. Lớp 10: Proc. vì nghiên cứu sâu vật lý / M.M. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky và những người khác; Ed. G.Ya. Myakishev. - M.: Bustard, 2002. - 496 tr.

Từ lâu, con người đã biết đến lực làm cho mọi vật thể rơi xuống Trái đất. Nhưng cho đến thế kỷ 17 Người ta tin rằng chỉ có Trái đất mới có tính chất đặc biệt để thu hút các vật thể nằm gần bề mặt của nó. Năm 1667, Newton cho rằng, nói chung, lực hút lẫn nhau tác động giữa tất cả các vật thể. Ông gọi những lực này là lực vạn vật hấp dẫn.

Newton đã khám phá ra quy luật chuyển động của các vật thể. Theo các định luật này, chuyển động với gia tốc chỉ có thể thực hiện được dưới tác dụng của một lực. Vì các vật thể rơi chuyển động với gia tốc nên chúng phải chịu một lực hướng xuống Trái đất.

Tại sao chúng ta không nhận thấy lực hút lẫn nhau giữa các cơ thể xung quanh chúng ta? Có lẽ điều này là do lực hút giữa chúng quá nhỏ?

Newton đã cố gắng chỉ ra rằng lực hút giữa các vật thể phụ thuộc vào khối lượng của cả hai vật thể và hóa ra chỉ đạt đến giá trị đáng chú ý khi các vật thể tương tác (hoặc ít nhất một trong số chúng) có khối lượng đủ lớn.

Gia tốc rơi tự do được phân biệt bởi đặc điểm gây tò mò là nó giống nhau ở một vị trí nhất định đối với tất cả các vật thể, đối với các vật thể có khối lượng bất kỳ. Thoạt nhìn, đây là một tài sản rất kỳ lạ. Thật vậy, từ công thức biểu thị định luật thứ hai của Newton,

theo đó gia tốc của vật càng lớn thì khối lượng của nó càng nhỏ. Vật có khối lượng nhỏ phải rơi với gia tốc lớn hơn vật có khối lượng lớn. Kinh nghiệm cho thấy (xem § 20) rằng gia tốc của các vật thể rơi tự do không phụ thuộc vào khối lượng của chúng. Lời giải thích duy nhất có thể được tìm thấy cho điều tuyệt vời này

thực tế, nằm ở chỗ chính lực mà Trái đất thu hút vào một vật thể tỷ lệ với khối lượng của nó, tức là

Thật vậy, trong trường hợp này, chẳng hạn, khối lượng tăng gấp đôi cũng sẽ dẫn đến lực tăng gấp đôi, và gia tốc, bằng tỷ số, sẽ không thay đổi. Newton đã đưa ra kết luận đúng duy nhất này: lực vạn vật hấp dẫn tỷ lệ với khối lượng của vật mà nó tác dụng. Nhưng các cơ thể hút nhau. Và theo định luật thứ ba của Newton, lực tác dụng lên cả hai vật hút đều có giá trị tuyệt đối như nhau. Điều này có nghĩa là lực hút lẫn nhau phải tỷ lệ với khối lượng của mỗi vật thể hút nhau. Khi đó cả hai vật sẽ nhận được gia tốc không phụ thuộc vào khối lượng của chúng.

Nếu lực tỷ lệ với khối lượng của mỗi vật thể tương tác, thì điều này có nghĩa là lực đó tỷ lệ thuận với tích khối lượng của cả hai vật thể.

Điều gì khác quyết định lực hút lẫn nhau của hai vật? Newton gợi ý rằng nó nên phụ thuộc vào khoảng cách giữa các vật thể. Từ kinh nghiệm, chúng ta biết rằng ở gần Trái Đất, gia tốc rơi tự do là bằng nhau và đối với các vật thể rơi từ độ cao 1, 10 hay 100 m cũng vậy, nhưng từ đó vẫn không thể kết luận rằng gia tốc không phụ thuộc vào khoảng cách đến Trái đất. Newton tin rằng không phải đo khoảng cách từ bề mặt Trái đất mà từ trung tâm của nó. Nhưng bán kính của Trái đất là 6400 km. Do đó, rõ ràng là vài chục hoặc hàng trăm mét trên bề mặt Trái đất không thể thay đổi đáng kể gia tốc rơi tự do.

Để tìm hiểu khoảng cách giữa các vật thể ảnh hưởng như thế nào đến lực hút lẫn nhau của chúng, bạn cần biết các vật thể có gia tốc di chuyển ở những khoảng cách rất xa so với bề mặt Trái đất.

Rõ ràng là rất khó để đo gia tốc trọng trường theo phương thẳng đứng của các thiên thể nằm ở độ cao vài nghìn km so với bề mặt Trái đất. Sẽ thuận tiện hơn khi đo gia tốc hướng tâm của một vật chuyển động quanh Trái đất theo đường tròn dưới tác dụng của lực hút Trái đất. Nhớ lại rằng chúng ta đã sử dụng kỹ thuật tương tự khi nghiên cứu lực đàn hồi. Chúng tôi đo gia tốc hướng tâm của một hình trụ chuyển động trong một đường tròn dưới tác dụng của lực này.

Khi nghiên cứu lực vạn vật hấp dẫn, bản thân tự nhiên đã nhờ đến sự trợ giúp của các nhà vật lý và giúp xác định gia tốc của một vật chuyển động trong một vòng quanh Trái đất. Một thiên thể như vậy là vệ tinh tự nhiên của Trái đất - Mặt trăng. Rốt cuộc, nếu giả thiết của Newton là đúng, thì chúng ta phải giả định rằng gia tốc hướng tâm của Mặt trăng khi nó chuyển động trong một vòng quanh Trái đất là do lực hút của nó truyền lên Trái đất. Nếu lực hấp dẫn giữa Mặt trăng và Trái đất không phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng thì gia tốc hướng tâm của Mặt trăng sẽ bằng gia tốc

sự rơi tự do của các vật thể gần bề mặt Trái đất. Trên thực tế, gia tốc hướng tâm mà Mặt trăng chuyển động trên quỹ đạo của nó, như chúng ta đã biết (xem bài tập 16, bài 9) ,. Và con số này nhỏ hơn xấp xỉ 3600 lần so với gia tốc của các vật thể rơi xuống gần Trái đất. Đồng thời, biết rằng khoảng cách từ tâm Trái đất đến tâm Mặt trăng là 384.000 km. Đây là bán kính gấp 60 lần bán kính Trái đất, tức là khoảng cách từ tâm Trái đất đến bề mặt của nó. Như vậy, tăng khoảng cách giữa các vật thể hút lên 60 lần thì gia tốc giảm đi 602 lần. Từ đó chúng ta có thể kết luận rằng gia tốc truyền cho các vật bằng lực vạn vật hấp dẫn, và do đó chính lực này, tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các vật thể tương tác.

Newton đã đi đến kết luận này.

Do đó, người ta có thể viết rằng hai vật bị khối lượng của chúng hút vào nhau bằng một lực có giá trị tuyệt đối được biểu thị bằng công thức

trong đó khoảng cách giữa các vật thể, y là hệ số tỉ lệ, giống nhau đối với tất cả các vật thể trong tự nhiên. Hệ số này được gọi là hằng số hấp dẫn vũ trụ hay hằng số hấp dẫn.

Công thức trên thể hiện định luật vạn vật hấp dẫn do Newton phát hiện:

Tất cả các vật đều hút nhau bằng một lực tỉ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Dưới tác động của lực vạn vật hấp dẫn, các hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời, và Vệ tinh nhân tạo vòng quanh trái đất.

Nhưng điều gì nên được hiểu bởi khoảng cách giữa các cơ quan tương tác? Hãy lấy hai vật thể có hình dạng tùy ý (Hình. 109). Câu hỏi đặt ra ngay lập tức: khoảng cách nào nên được thay thế vào công thức của định luật vạn vật hấp dẫn? Khoảng cách giữa

các điểm xa nhất của bề mặt của cả hai vật thể, hoặc ngược lại, khoảng cách giữa các điểm gần nhất? Hoặc có thể là khoảng cách giữa một số điểm khác trên cơ thể?

Hóa ra công thức (1), biểu thị định luật vạn vật hấp dẫn, có giá trị khi khoảng cách giữa các vật thể quá lớn so với kích thước của chúng đến mức các vật thể có thể được coi là điểm vật chất. Các điểm vật chất trong việc tính toán lực hấp dẫn giữa chúng có thể được coi là Trái đất và Mặt trăng, các hành tinh và Mặt trời.

Nếu các vật thể ở dạng quả bóng, thì ngay cả khi kích thước của chúng tương đương với khoảng cách giữa chúng, chúng vẫn bị hút vào nhau như những điểm vật chất nằm ở tâm của quả bóng (Hình 110). Trong trường hợp này, đây là khoảng cách giữa các tâm của các quả bóng.

Công thức (1) cũng có thể được sử dụng khi tính lực hút giữa một quả bóng có bán kính lớn và một vật có hình dạng tùy ý có kích thước nhỏ, nằm gần bề mặt của quả bóng (Hình 111). Sau đó, kích thước của cơ thể có thể được bỏ qua so với bán kính của quả bóng. Đây là những gì chúng tôi làm khi chúng tôi xem xét sự hấp dẫn. các cơ quan khác nhauđến toàn cầu.

Lực hấp dẫn là một ví dụ khác về một lực phụ thuộc vào vị trí (tọa độ) của cơ thể mà lực này tác động, liên quan đến cơ thể tác động. Rốt cuộc, lực hấp dẫn phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cơ thể.

Thế kỷ XVI - XVII, nhiều người gọi đúng là một trong những thời kỳ huy hoàng nhất. phát triển hơn nữa khoa học này sẽ đơn giản là không thể tưởng tượng được. Copernicus, Galileo, Kepler đã có công rất lớn khi tuyên bố vật lý là một ngành khoa học có thể trả lời hầu hết mọi câu hỏi. Đứng ngoài hàng loạt khám phá là định luật vạn vật hấp dẫn, công thức cuối cùng thuộc về nhà khoa học xuất sắc người Anh Isaac Newton.

Ý nghĩa chính của các công trình của nhà khoa học này không nằm ở việc ông đã khám phá ra lực vạn vật hấp dẫn - cả Galileo và Kepler đều nói về sự hiện diện của đại lượng này ngay cả trước Newton, mà thực tế là ông là người đầu tiên chứng minh điều đó. các lực tác động lên Trái đất và cả trong không gian vũ trụ. Lực tương tác giữa các vật thể giống nhau.

Thực tế, Newton đã xác nhận và chứng minh về mặt lý thuyết rằng hoàn toàn tất cả các vật thể trong Vũ trụ, bao gồm cả những vật thể nằm trên Trái đất, đều tương tác với nhau. Tương tác này được gọi là lực hấp dẫn, trong khi bản thân quá trình vạn vật hấp dẫn được gọi là lực hấp dẫn.
Sự tương tác này xảy ra giữa các vật thể bởi vì có một loại vật chất đặc biệt, không giống những vật chất khác, mà trong khoa học gọi là trường hấp dẫn. Trường này tồn tại và hoạt động xung quanh hoàn toàn bất kỳ đối tượng nào, trong khi không có sự bảo vệ nào từ nó, vì nó có khả năng vô song để xuyên qua bất kỳ vật liệu nào.

Lực vạn vật hấp dẫn, định nghĩa và công thức mà ông đưa ra, phụ thuộc trực tiếp vào tích khối lượng của các vật thể tương tác, và mối quan hệ nghịch đảo từ bình phương khoảng cách giữa các đối tượng này. Theo Newton, không thể chối cãi được bằng nghiên cứu thực tế, lực vạn vật hấp dẫn được tìm thấy theo công thức sau:

Trong cô ấy Ý nghĩa đặc biệt thuộc về hằng số hấp dẫn G, xấp xỉ bằng 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

Lực hấp dẫn mà các vật thể bị hút vào trái đất là trương hợp đặc biệtĐịnh luật Newton được gọi là lực hấp dẫn. TẠI trường hợp này hằng số hấp dẫn và khối lượng của chính Trái đất có thể bị bỏ qua, vì vậy công thức tìm lực hấp dẫn sẽ có dạng như sau:

Ở đây g không gì khác hơn là một gia tốc có trị số xấp xỉ bằng 9,8 m / s2.

Định luật Newton không chỉ giải thích các quá trình xảy ra trực tiếp trên Trái đất, nó đưa ra câu trả lời cho nhiều câu hỏi liên quan đến cấu trúc của toàn bộ hệ Mặt trời. Đặc biệt, lực vạn vật hấp dẫn giữa có ảnh hưởng quyết định đến chuyển động của các hành tinh trong quỹ đạo của chúng. Mô tả lý thuyết của chuyển động này đã được Kepler đưa ra, nhưng việc biện minh cho nó chỉ trở nên khả thi sau khi Newton đưa ra định luật nổi tiếng của mình.

Chính Newton đã kết nối các hiện tượng về lực hấp dẫn của trái đất và ngoài trái đất bằng một ví dụ đơn giản: khi bắn ra khỏi nó, nó không bay thẳng mà theo một quỹ đạo vòng cung. Đồng thời, với sự gia tăng điện tích của thuốc súng và khối lượng của hạt nhân, vật thể sau này sẽ bay ngày càng xa. Cuối cùng, nếu chúng ta giả sử rằng có thể thu được nhiều thuốc súng và chế tạo một khẩu pháo đến mức viên đạn pháo sẽ bay quanh địa cầu, thì khi thực hiện chuyển động này, nó sẽ không dừng lại mà sẽ tiếp tục chuyển động tròn (hình elip), biến thành một vật nhân tạo. Kết quả là, lực của trọng trường có bản chất giống nhau ở cả Trái đất và ngoài không gian.

Không chỉ bí ẩn nhất lực lượng của tự nhiên nhưng cũng mạnh mẽ nhất.

Con người trên con đường tiến bộ

Trong lịch sử, nó đã được Nhân loại khi bạn tiến về phía trước con đường tiến bộ làm chủ các lực lượng ngày càng mạnh mẽ của tự nhiên. Anh ấy bắt đầu khi anh ấy không có gì ngoài cây gậy trong tay và sức mạnh thể chất của chính mình.

Nhưng ông rất khôn ngoan, và ông đã mang sức mạnh thể chất của động vật để phục vụ mình, biến chúng thành vật nuôi trong nhà. Con ngựa tăng tốc chạy, con lạc đà vượt qua sa mạc, con voi trở thành rừng rậm đầm lầy. Nhưng lực lượng vật chất ngay cả những động vật mạnh nhất cũng nhỏ bé vô cùng trước sức mạnh của thiên nhiên.

Người đầu tiên đã khuất phục được nguyên tố lửa, nhưng chỉ trong các phiên bản yếu nhất của nó. Ban đầu - trong nhiều thế kỷ - ông chỉ sử dụng gỗ làm nhiên liệu - một loại nhiên liệu có năng lượng rất thấp. Không lâu sau, anh học cách sử dụng năng lượng gió từ nguồn năng lượng này, một người đàn ông nâng cánh buồm trắng lên không trung - và một con tàu nhẹ bay như một con chim trên sóng.

Thuyền buồm trên sóng

Anh ta phơi các cánh của cối xay gió trước những cơn gió mạnh - và những viên đá nặng của cối xay quay tròn, tiếng chày của những cây cối kêu lục cục. Nhưng mọi người đều thấy rõ rằng năng lượng của máy bay phản lực còn lâu mới được tập trung. Ngoài ra, cả cánh buồm và cối xay gió đều sợ gió thổi: bão xé buồm và đánh chìm tàu, bão làm gãy cánh và lật úp các nhà máy.

Thậm chí sau này, con người bắt đầu chinh phục dòng nước chảy. Bánh xe không chỉ là thiết bị nguyên thủy nhất có khả năng chuyển hóa năng lượng của nước thành chuyển động quay, nhưng cũng là công suất thấp nhất so với các loại khác.

Con người đang tiến về phía trước trên nấc thang của sự tiến bộ và ngày càng cần nhiều năng lượng hơn.
Anh ấy bắt đầu sử dụng các loại nhiên liệu mới - đã chuyển sang đốt than cứngđã nâng cường độ năng lượng của một kg nhiên liệu từ 2500 kcal lên 7000 kcal - gần ba lần. Sau đó là thời gian của dầu khí. Một lần nữa, hàm lượng năng lượng của mỗi kg nhiên liệu hóa thạch đã tăng từ một lần rưỡi đến hai lần.

Động cơ hơi nước đã được thay thế bằng tuabin hơi nước; bánh xe máy nghiền đã được thay thế bằng tuabin thủy lực. Sau đó, người đàn ông đưa tay về phía nguyên tử uranium phân hạch. Tuy nhiên, lần đầu tiên sử dụng một loại năng lượng mới đã gây ra hậu quả bi thảm - ngọn lửa hạt nhân ở Hiroshima năm 1945 thiêu rụi 70 nghìn trái tim con người trong vòng vài phút.

Năm 1954, Liên Xô đầu tiên trên thế giới nhà máy điện hạt nhân, biến công suất của uranium thành lực bức xạ của dòng điện. Và cần lưu ý rằng một kg uranium chứa năng lượng gấp hai triệu lần một kg dầu tốt nhất.

Về cơ bản nó là một ngọn lửa mới, có thể được gọi là vật lý, bởi vì chính các nhà vật lý đã nghiên cứu các quá trình dẫn đến sự ra đời của lượng năng lượng tuyệt vời như vậy.
Uranium không phải là nhiên liệu hạt nhân duy nhất. Một loại nhiên liệu mạnh hơn đã được sử dụng - đồng vị hydro.

Thật không may, con người vẫn chưa thể khuất phục ngọn lửa hạt nhân hydro-heli. Anh ấy biết cách thắp lên ngọn lửa đang cháy hết mình trong chốc lát, đốt cháy phản ứng trong quả bom hydro vụ nổ uranium. Nhưng ngày càng gần hơn, các nhà khoa học thấy một lò phản ứng hydro sẽ sinh ra điện là kết quả của sự hợp nhất các hạt nhân của đồng vị hydro thành hạt nhân heli.

Một lần nữa, lượng năng lượng mà một người có thể lấy từ mỗi kg nhiên liệu sẽ tăng gần gấp mười lần. Nhưng liệu bước này có phải là bước cuối cùng trong lịch sử sắp tới của sức mạnh con người đối với các sức mạnh của thiên nhiên?

Không! Ahead - làm chủ quan điểm trọng lực năng lượng. Nó thậm chí còn được thiên nhiên đóng gói cẩn thận hơn cả năng lượng của phản ứng tổng hợp hydro-heli. Ngày nay, nó là dạng năng lượng tập trung nhất mà một người có thể đoán được.

Không có gì xa hơn vẫn chưa được nhìn thấy ở đó, ngoài sự tiên tiến của khoa học. Và mặc dù chúng ta có thể tự tin nói rằng các nhà máy điện sẽ làm việc cho một người, xử lý năng lượng hấp dẫn thành dòng điện (và có thể thành một dòng khí bay ra từ vòi phun động cơ phản lực, hoặc theo kế hoạch biến đổi các nguyên tử silicon và oxy phổ biến ở khắp mọi nơi thành các nguyên tử kim loại cực hiếm), chúng ta vẫn chưa thể nói gì về các chi tiết của một nhà máy điện như vậy (động cơ tên lửa, lò phản ứng vật lý).

Lực vạn vật hấp dẫn tại nguồn gốc của sự ra đời của các thiên hà

Lực vạn vật hấp dẫn là nguồn gốc của sự ra đời của các thiên hà từ vật chất tiền sao, như viện sĩ V.A. Ambartsumyan tin chắc. Nó cũng dập tắt các ngôi sao đã cháy hết thời gian của chúng, đã sử dụng nhiên liệu của các ngôi sao được phân bổ cho chúng khi mới sinh ra.

Vâng, hãy nhìn xung quanh: mọi thứ trên Trái đất phần lớn được kiểm soát bởi lực lượng này.

Chính cô ấy là người quyết định cấu trúc phân lớp của hành tinh chúng ta - sự luân phiên của thạch quyển, thủy quyển và khí quyển. Chính cô ấy là người giữ một lớp khí dày đặc, ở dưới cùng của lớp khí đó và nhờ đó mà tất cả chúng ta tồn tại.

Nếu không có lực hấp dẫn, Trái đất sẽ ngay lập tức thoát ra khỏi quỹ đạo quay xung quanh Mặt trời, và bản thân quả địa cầu sẽ tan rã, bị xé toạc bởi lực ly tâm. Rất khó để tìm thấy bất cứ thứ gì không, ở mức độ này hay mức độ khác, phụ thuộc vào lực vạn vật hấp dẫn.

Tất nhiên, các nhà triết học cổ đại, những người rất tinh ý, không thể không nhận thấy rằng một viên đá ném lên trên luôn có tác dụng trở lại. Plato vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên đã giải thích điều này bởi thực tế là tất cả các chất của Vũ trụ đều hướng đến nơi tập trung hầu hết các chất tương tự: một viên đá ném xuống đất hoặc rơi xuống đáy, nước tràn ra ao gần nhất hoặc thành sông đổ ra biển, khói lửa xông lên mây khói.

Một học trò của Plato, Aristotle, đã làm rõ rằng tất cả các cơ thể đều có những tính chất đặc biệt là nặng và nhẹ. Các vật thể nặng - đá, kim loại - lao đến trung tâm vũ trụ, ánh sáng - lửa, khói, hơi - ra ngoại vi. Giả thuyết này, giải thích một số hiện tượng liên quan đến lực vạn vật hấp dẫn, đã tồn tại hơn 2 nghìn năm.

Các nhà khoa học về lực hấp dẫn

Có lẽ là người đầu tiên đặt ra câu hỏi về lực hấp dẫn thực sự khoa học, là thiên tài của thời kỳ Phục hưng - Leonardo da Vinci. Leonardo tuyên bố rằng lực hấp dẫn không chỉ là đặc trưng của Trái đất, mà có rất nhiều trọng tâm. Và ông cũng cho rằng lực hấp dẫn phụ thuộc vào khoảng cách đến trọng tâm.

Các công trình của Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke đã đưa ngày càng gần hơn với ý tưởng về định luật vạn vật hấp dẫn, nhưng trong công thức cuối cùng của nó, định luật này mãi mãi gắn liền với tên tuổi của Isaac Newton.

Isaac Newton về lực hấp dẫn

Sinh ngày 4 tháng 1 năm 1643. cumshot Đại học Cambridge, trở thành một cử nhân, sau đó - một thạc sĩ khoa học.

Isaac Newton

Mọi thứ khác là sự giàu có vô tận công trình khoa học. Nhưng công trình chính của ông là "Các nguyên tắc toán học của triết học tự nhiên", xuất bản năm 1687 và thường được gọi đơn giản là "Khởi đầu". Đó là trong họ mà tuyệt vời được xây dựng. Chắc mọi người còn nhớ cậu ấy từ hồi cấp 3.

Tất cả các vật đều hút nhau bằng một lực tỷ lệ thuận với tích khối lượng của các vật này và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng ...

Một số điều khoản của công thức này có thể được những người tiền nhiệm của Newton dự đoán, nhưng nó vẫn chưa được trao toàn bộ cho bất kỳ ai. Thiên tài của Newton là cần thiết để tập hợp những mảnh vỡ này thành một tổng thể duy nhất để truyền sức hút của Trái đất lên Mặt trăng và Mặt trời - lên toàn bộ hệ hành tinh.

Từ định luật vạn vật hấp dẫn, Newton đã suy ra tất cả các định luật chuyển động của các hành tinh, đã được Kepler khám phá ra trước đó. Họ chỉ đơn giản là hậu quả của nó. Hơn nữa, Newton đã chỉ ra rằng không chỉ các định luật Kepler, mà cả những sai lệch so với những định luật này (trong thế giới của ba vật thể trở lên) là kết quả của lực hấp dẫn vũ trụ ... Đây là một thành công lớn của khoa học.

Có vẻ như được phát hiện cuối cùng và được mô tả bằng toán học lực lượng chính thiên nhiên vận động các thế giới, lực điều khiển các phân tử không khí, táo và Mặt trời. Khổng lồ, khổng lồ vô cùng là bước đi của Newton.

Người phổ biến đầu tiên các công trình của một nhà khoa học lỗi lạc Nhà văn Pháp François Marie Arouet, người nổi tiếng thế giới với bút danh Voltaire, nói rằng Newton bất ngờ đoán ra sự tồn tại của định luật mang tên ông khi ông nhìn vào một quả táo rơi.

Bản thân Newton cũng không bao giờ đề cập đến quả táo này. Và không có gì đáng để lãng phí thời gian ngày hôm nay để bác bỏ huyền thoại xinh đẹp này. Và, dường như, Newton đã hiểu được sức mạnh vĩ đại của tự nhiên bằng suy luận logic. Có khả năng là nó đã được đưa vào chương tương ứng của "Sự khởi đầu".

Lực hấp dẫn ảnh hưởng đến sự bay của hạt nhân

Hãy giả sử rằng rất núi cao, cao đến mức đỉnh của nó đã nằm ngoài bầu khí quyển, chúng tôi đã lắp đặt một quả pháo khổng lồ. Thân cây của nó được đặt song song với bề mặt toàn cầu và bị sa thải. Mô tả vòng cung lõi rơi xuống đất.

Chúng tôi tăng phí, cải thiện chất lượng thuốc súng, bằng cách này hay cách khác, chúng tôi làm cho lõi di chuyển với tốc độ cao hơn sau lần bắn tiếp theo. Vòng cung được mô tả bởi lõi trở nên phẳng hơn. Phần lõi rơi ra xa hơn nhiều so với chân núi của chúng tôi.

Chúng tôi cũng tăng phí và bắn. Hạt nhân bay dọc theo một quỹ đạo nhẹ nhàng đến mức nó đi xuống song song với bề mặt địa cầu. Lõi không còn có thể rơi xuống Trái đất: với cùng tốc độ rơi xuống, Trái đất thoát ra khỏi nó. Và, sau khi mô tả vòng quanh hành tinh của chúng ta, lõi quay trở lại điểm khởi hành.

Súng có thể được tháo ra trong thời gian chờ đợi. Rốt cuộc, chuyến bay của hạt nhân quanh địa cầu sẽ mất hơn một giờ. Và sau đó lõi sẽ nhanh chóng quét qua đỉnh núi và đi đến một vòng tròn mới xung quanh Trái đất. Nếu, như chúng ta đã đồng ý, phần lõi không chịu bất kỳ lực cản nào của không khí, thì nó sẽ không bao giờ có thể xảy ra.

Tốc độ cốt lõi cho điều này phải là gần 8 km / giây. Và nếu bạn tăng tốc độ bay của lõi? Đầu tiên nó sẽ bay theo hình vòng cung, nhẹ nhàng hơn so với đường cong bề mặt trái đất, và sẽ bắt đầu di chuyển khỏi Trái đất. Đồng thời, tốc độ của nó dưới tác dụng của lực hấp dẫn của Trái đất sẽ giảm xuống.

Và, cuối cùng, quay ngược lại, nó sẽ bắt đầu, như cũ, rơi trở lại Trái đất, nhưng nó sẽ bay ngang qua nó và không còn hoàn thành một vòng tròn nữa, mà là một hình elip. Phần lõi sẽ chuyển động quanh Trái đất giống hệt như cách Trái đất chuyển động quanh Mặt trời, cụ thể là dọc theo hình elip, ở một trong những trọng tâm mà trung tâm hành tinh của chúng ta sẽ nằm.

Nếu chúng ta tăng thêm vận tốc ban đầu của hạt nhân, thì hình elip sẽ bị dãn ra nhiều hơn. Có thể kéo dài hình elip này theo cách mà hạt nhân sẽ đạt đến quỹ đạo Mặt Trăng hoặc thậm chí xa hơn nữa. Nhưng cho đến khi tốc độ bắt đầu của lõi này sẽ không vượt quá 11,2 km / giây, nó sẽ vẫn là một vệ tinh của Trái đất.

Hạt nhân nhận được tốc độ trên 11,2 km / s khi bắn ra sẽ vĩnh viễn bay khỏi Trái đất theo một quỹ đạo parabol. Nếu một hình elip là một đường cong khép kín, thì một parabol là một đường cong có hai nhánh đi đến vô cùng. Di chuyển dọc theo một hình elip, cho dù nó có thể dài ra sao, chúng ta chắc chắn sẽ quay trở lại điểm xuất phát một cách có hệ thống. Di chuyển dọc theo một đường parabol, chúng ta sẽ không bao giờ quay trở lại điểm xuất phát.

Nhưng, khi đã rời khỏi Trái đất với tốc độ này, hạt nhân vẫn chưa thể bay đến vô cùng. Lực hút mạnh của Mặt trời sẽ bẻ cong quỹ đạo bay của nó, tự đóng lại như quỹ đạo của một hành tinh. Cốt lõi sẽ trở thành chị em của Trái đất, một hành tinh nhỏ trong gia đình hành tinh của chính chúng ta.

Để hướng hạt nhân vượt ra ngoài hệ thống hành tinhĐể thắng được sức hút của Mặt Trời, cần phải cho anh ta biết vận tốc lớn hơn 16,7 km / s và hướng anh ta sao cho tốc độ chuyển động của chính Trái Đất được cộng với tốc độ này.

Tốc độ khoảng 8 km / s (tốc độ này phụ thuộc vào độ cao của ngọn núi mà từ đó súng của chúng ta bắn) được gọi là tốc độ tròn, tốc độ từ 8 đến 11,2 km / s là hình elip, từ 11,2 đến 16,7 km / s là hình parabol, và cao hơn con số này - tốc độ giải phóng.

Ở đây cần nói thêm rằng các giá trị đã cho của các vận tốc này chỉ có giá trị đối với Trái đất. Nếu chúng ta sống trên sao Hỏa, tốc độ vòng tròn sẽ dễ dàng đạt được hơn nhiều đối với chúng ta - nó chỉ khoảng 3,6 km / s ở đó, và tốc độ parabol chỉ vượt quá 5 km / giây một chút.

Mặt khác, việc gửi hạt nhân trên một chuyến bay vũ trụ từ Sao Mộc sẽ khó hơn nhiều so với từ Trái đất: tốc độ tròn trên hành tinh này là 42,2 km / s, và tốc độ parabol thậm chí là 61,8 km / s!

Sẽ là khó khăn nhất đối với các cư dân của Mặt trời khi rời khỏi thế giới của họ (tất nhiên là nếu điều đó có thể tồn tại). Tốc độ vòng tròn của người khổng lồ này phải là 437,6, và tốc độ phân tách - 618,8 km / s!

Vì vậy, Newton's cuối XVII thế kỷ, một trăm năm trước khi chuyến bay đầu tiên được lấp đầy không khí ấm khinh khí cầu của anh em nhà Montgolfier, hai trăm năm trước chuyến bay đầu tiên của máy bay anh em nhà Wright và gần một phần tư thiên niên kỷ trước khi tên lửa lỏng đầu tiên cất cánh, đã chỉ đường lên bầu trời cho các vệ tinh và tàu vũ trụ.

Lực hấp dẫn vốn có trong mọi quả cầu

Qua luật hấp dẫn các hành tinh chưa biết đã được phát hiện, các giả thuyết vũ trụ về nguồn gốc của hệ mặt trời được tạo ra. Lực lượng chính của tự nhiên, điều khiển các ngôi sao, hành tinh, quả táo trong vườn và các phân tử khí trong bầu khí quyển, đã được phát hiện và mô tả về mặt toán học.

Nhưng chúng ta không biết cơ chế của vạn vật hấp dẫn. Lực hấp dẫn Newton không giải thích, nhưng hình dung hiện đại nhất chuyển động của hành tinh.

Chúng ta không biết điều gì gây ra sự tương tác của tất cả các cơ quan của Vũ trụ. Và không thể nói rằng Newton không quan tâm đến lý do này. Trong nhiều năm, ông đã cân nhắc về cơ chế khả thi của nó.

Chẳng qua, đây quả thực là một sức mạnh vô cùng bí ẩn. Một lực tự thể hiện qua hàng trăm triệu km không gian, thoạt nhìn không có bất kỳ hình dạng vật chất nào, với sự trợ giúp của lực lượng này người ta có thể giải thích sự chuyển giao tương tác.

Các giả thuyết của Newton

Và newton dùng đến giả thuyết về sự tồn tại của một ête nhất định được cho là lấp đầy toàn bộ Vũ trụ. Năm 1675, ông giải thích sức hút đối với Trái đất bằng thực tế là ête lấp đầy toàn bộ Vũ trụ lao về tâm Trái đất theo những dòng liên tục, bắt giữ tất cả các vật thể trong chuyển động này và tạo ra một lực hấp dẫn. Cùng một dòng ete lao tới Mặt trời và kéo theo các hành tinh, sao chổi, đảm bảo quỹ đạo hình elip của chúng ...

Đó không phải là một giả thuyết thuyết phục lắm, mặc dù hoàn toàn là giả thuyết logic về mặt toán học. Nhưng vào năm 1679, Newton đã tạo ra giả thuyết mới giải thích cơ chế hoạt động của lực hấp dẫn. Lần này, ông ủng hộ ether với đặc tính có nồng độ khác nhau ở gần các hành tinh và ở xa chúng. Càng xa trung tâm của hành tinh, ête được cho là càng đặc. Và nó có đặc tính ép tất cả các cơ thể vật chất ra khỏi các lớp dày đặc hơn của chúng thành các lớp kém đặc hơn. Và tất cả các cơ thể đều bị ép lên bề mặt Trái đất.

Năm 1706, Newton phủ nhận hoàn toàn sự tồn tại của ête. Năm 1717, ông lại quay lại với giả thuyết về sự vắt kiệt ether.

Bộ não tài tình của Newton đã chiến đấu để tìm ra manh mối bí ẩn lớn và không tìm thấy nó. Điều này giải thích cho việc ném mạnh từ bên này sang bên kia. Newton từng nói:

Tôi không đưa ra giả thuyết.

Và mặc dù chúng ta chỉ có thể xác minh, điều này không hoàn toàn đúng, chúng ta chắc chắn có thể phát biểu một điều khác: Newton đã có thể phân biệt rõ ràng những điều không thể chối cãi với những giả thuyết không ổn định và gây tranh cãi. Và trong Elements có một công thức của định luật lớn, nhưng không có nỗ lực nào để giải thích cơ chế của nó.
Nhà vật lý vĩ đại đã truyền lại câu đố này cho con người của tương lai. Ông mất năm 1727.
Nó vẫn chưa được giải quyết ngay cả ngày hôm nay.

Cuộc thảo luận về bản chất vật lý của định luật Newton đã kéo dài hai thế kỷ. Và có lẽ cuộc thảo luận này sẽ không liên quan đến bản chất của luật, nếu anh ta trả lời chính xác tất cả các câu hỏi đặt ra cho anh ta.

Nhưng thực tế của vấn đề là theo thời gian, hóa ra luật này không phải là phổ biến. Rằng có những trường hợp anh ta không thể giải thích được hiện tượng này hay hiện tượng kia. Hãy đưa ra các ví dụ.

Lực hấp dẫn trong tính toán của Seeliger

Đầu tiên là nghịch lý của Seeliger. Coi Vũ trụ là vô hạn và chứa đầy vật chất một cách đồng nhất, Seeliger đã cố gắng tính toán, theo định luật Newton, lực hấp dẫn phổ quát được tạo ra bởi toàn bộ khối lượng lớn vô tận của Vũ trụ vô hạn tại một số điểm của nó.

Đó không phải là một nhiệm vụ dễ dàng theo quan điểm của toán học thuần túy. Sau khi vượt qua tất cả những khó khăn của những biến đổi phức tạp nhất, Seeliger nhận thấy rằng lực vạn vật hấp dẫn mong muốn tỷ lệ thuận với bán kính của Vũ trụ. Và vì bán kính này bằng vô cùng, nên lực hấp dẫn phải lớn vô cùng. Tuy nhiên, chúng ta không thấy điều này trong thực tế. Điều này có nghĩa là định luật vạn vật hấp dẫn không áp dụng cho toàn bộ vũ trụ.

Tuy nhiên, những lời giải thích khác cho nghịch lý cũng có thể xảy ra. Ví dụ, chúng ta có thể giả định rằng vật chất không lấp đầy toàn bộ Vũ trụ một cách đồng đều, nhưng mật độ của nó giảm dần và cuối cùng, ở một nơi rất xa không có vật chất nào cả. Nhưng để hình dung một bức tranh như vậy có nghĩa là thừa nhận khả năng tồn tại của không gian mà không có vật chất, điều này nói chung là vô lý.

Chúng ta có thể cho rằng lực hấp dẫn yếu đi nhanh hơn bình phương khoảng cách tăng lên. Nhưng điều này làm dấy lên nghi ngờ về sự hài hòa đáng ngạc nhiên của định luật Newton. Không, và lời giải thích này đã không làm hài lòng các nhà khoa học. Nghịch lý vẫn là một nghịch lý.

Quan sát chuyển động của sao Thủy

Một thực tế khác, hoạt động của lực vạn vật hấp dẫn, không được giải thích bằng định luật Newton, mang lại quan sát chuyển động của sao Thủy- gần nhất với hành tinh. Các phép tính chính xác theo định luật Newton cho thấy điểm cận nhật - điểm của hình elip mà sao Thủy di chuyển gần Mặt trời nhất - sẽ dịch chuyển 531 giây cung trong 100 năm.

Và các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng sự dịch chuyển này tương đương với 573 giây cung. Sự dư thừa này - 42 giây cung - cũng không thể được giải thích bởi các nhà khoa học, chỉ sử dụng các công thức phát sinh từ định luật Newton.

Ông giải thích cả nghịch lý của Seeliger, và sự dịch chuyển của sao Thủy, và nhiều hiện tượng nghịch lý khác và sự thật không giải thích được Albert Einstein, một trong những điều tuyệt vời nhất, nếu không muốn nói là nhất nhà vật lý vĩ đại mọi thời đại và các dân tộc. Trong số những điều nhỏ nhặt khó chịu là câu hỏi về gió thanh tao.

Thí nghiệm của Albert Michelson

Có vẻ như câu hỏi này không liên quan trực tiếp đến vấn đề hấp dẫn. Anh ấy liên quan đến quang học, ánh sáng. Chính xác hơn là định nghĩa về tốc độ của nó.

Nhà thiên văn học Đan Mạch là người đầu tiên xác định tốc độ ánh sáng. Olaf Remer xem nhật thực các mặt trăng của Sao Mộc. Điều này xảy ra sớm nhất là vào năm 1675.

Nhà vật lý người Mỹ Albert Michelson Vào cuối thế kỷ 18, ông đã tiến hành một loạt các phép xác định tốc độ ánh sáng trong các điều kiện trên cạn, sử dụng bộ máy do ông thiết kế.

Năm 1927, ông đưa ra tốc độ ánh sáng là 299796 + 4 km / s, đây là một độ chính xác tuyệt vời cho thời đó. Nhưng bản chất của vấn đề là khác nhau. Năm 1880, ông quyết định điều tra về gió thanh tao. Cuối cùng, ông muốn thiết lập sự tồn tại của chính ête đó, bằng sự hiện diện của chúng, họ đã cố gắng giải thích cả sự truyền tương tác hấp dẫn và sự truyền sóng ánh sáng.

Michelson có lẽ là nhà thí nghiệm đáng chú ý nhất trong thời đại của ông. Anh ấy có thiết bị tuyệt vời. Và anh gần như đã nắm chắc thành công.

Bản chất của kinh nghiệm

Trải quađã được hình thành như thế này. Trái đất chuyển động trên quỹ đạo của nó với tốc độ khoảng 30 km / giây.. Di chuyển trong không khí. Điều này có nghĩa là tốc độ ánh sáng từ nguồn phía trước máy thu so với chuyển động của Trái đất phải lớn hơn tốc độ ánh sáng từ nguồn ở phía bên kia. Trong trường hợp đầu tiên, tốc độ của gió trong lành phải được cộng với tốc độ ánh sáng; trong trường hợp thứ hai, tốc độ ánh sáng phải giảm theo giá trị này.

Tất nhiên, tốc độ của Trái đất trên quỹ đạo quanh Mặt trời chỉ bằng một phần vạn tốc độ ánh sáng. Tìm một thuật ngữ nhỏ như vậy là rất khó, nhưng Michelson được gọi là vua của độ chính xác là có lý do. Ông đã sử dụng một cách khéo léo để nắm bắt được sự khác biệt "khó nắm bắt" về tốc độ của các tia sáng.

Ông chia chùm tia thành hai luồng bằng nhau và hướng chúng theo các hướng vuông góc với nhau: dọc theo kinh tuyến và dọc theo đường song song. Phản xạ từ gương, các tia trở lại. Nếu chùm tia đi dọc song song chịu ảnh hưởng của gió trong lành, khi nó được thêm vào chùm tia kinh tuyến, lẽ ra sẽ phát sinh các vân giao thoa, sóng của hai chùm tia sẽ bị lệch pha.

Tuy nhiên, Michelson đã khó có thể đo đường đi của cả hai tia với độ chính xác lớn như vậy để chúng hoàn toàn giống nhau. Do đó, ông đã chế tạo bộ máy để không có các vân giao thoa, và sau đó xoay nó một góc 90 độ.

Chùm tia kinh tuyến trở thành vĩ độ và ngược lại. Nếu có gió nhẹ, các sọc đen và sáng sẽ xuất hiện dưới thị kính! Nhưng họ đã không. Có lẽ, khi xoay thiết bị, nhà khoa học đã di chuyển nó.

Anh ấy đã đặt nó vào buổi trưa và sửa nó. Rốt cuộc, bên cạnh thực tế là, nó cũng quay quanh trục của nó. Và như vậy trong thời điểm khác nhau ngày, chùm tia vĩ độ chiếm một vị trí khác so với gió thổi tới. Bây giờ, khi thiết bị hoàn toàn bất động, người ta có thể tin chắc về độ chính xác của thí nghiệm.

Không có các vân giao thoa nữa. Thí nghiệm đã được thực hiện nhiều lần, và Michelson, cùng với ông ấy là tất cả các nhà vật lý thời đó, đã rất ngạc nhiên. Gió thanh tao đã không được phát hiện! Ánh sáng đi theo mọi hướng với cùng một tốc độ!

Không ai có thể giải thích điều này. Michelson đã lặp đi lặp lại thí nghiệm, cải tiến thiết bị, và cuối cùng đạt được độ chính xác đo lường gần như đáng kinh ngạc, bậc lớn hơn mức cần thiết để thí nghiệm thành công. Và một lần nữa không có gì!

Thí nghiệm của Albert Einstein

Bước tiến lớn tiếp theo trong kiến thức về lực hấp dẫn thực hiện Albert Einstein.
Albert Einstein đã từng được hỏi:

Làm thế nào bạn đến với của bạn lý thuyết đặc biệt thuyết tương đối? Bạn đã nảy ra một ý tưởng tuyệt vời trong hoàn cảnh nào? Nhà khoa học trả lời: “Đối với tôi, dường như luôn luôn là trường hợp này.

Có thể anh không muốn thẳng thắn, có thể anh muốn thoát khỏi người đối thoại phiền phức. Nhưng thật khó để tưởng tượng rằng ý tưởng của Einstein về mối liên hệ giữa thời gian, không gian và tốc độ là bẩm sinh.

Không, tất nhiên, lúc đầu có linh cảm, sáng như tia chớp. Sau đó, sự phát triển bắt đầu. Không, không có mâu thuẫn với các hiện tượng đã biết. Và sau đó năm trang đầy công thức đó xuất hiện, được xuất bản trên một tạp chí vật lý. Các trang đã mở kỷ nguyên mới Trong vật lý.

Hãy tưởng tượng một con tàu vũ trụ bay qua không gian. Chúng tôi sẽ cảnh báo bạn ngay lập tức: tàu sao rất đặc biệt, loại mà bạn chưa từng đọc qua trong truyện khoa học viễn tưởng. Chiều dài của nó là 300 nghìn km và tốc độ của nó là 240 nghìn km / s. Và con tàu vũ trụ này bay qua một trong những bệ trung gian trong không gian, mà không dừng lại ở đó. Ở tốc độ tối đa.

Một trong những hành khách đang đứng trên boong của con tàu với một chiếc đồng hồ. Và bạn và tôi, độc giả, đang đứng trên một cái bệ - chiều dài của nó phải tương ứng với kích thước của một con tàu sao, tức là 300 nghìn km, nếu không nó sẽ không thể bám vào nó. Và chúng tôi cũng có một chiếc đồng hồ trên tay.

Chúng ta nhận thấy rằng tại thời điểm mũi tàu sao bắt kịp với mép sau của sân ga, một chiếc đèn lồng chiếu sáng trên đó, chiếu sáng không gian xung quanh nó. Một giây sau, một chùm ánh sáng chiếu tới mép trước của sân ga. Chúng tôi không nghi ngờ điều này, bởi vì chúng tôi biết tốc độ ánh sáng, và chúng tôi đã tìm cách xác định chính xác thời điểm tương ứng trên đồng hồ. Và trên một con tàu sao ...

Nhưng phi thuyền cũng bay về phía chùm ánh sáng. Và chúng tôi chắc chắn thấy rằng ánh sáng chiếu sáng đuôi tàu của nó vào lúc nó ở đâu đó gần giữa sân ga. Chúng tôi chắc chắn thấy rằng chùm ánh sáng không bao phủ 300 nghìn km từ mũi tàu đến đuôi tàu.

Nhưng những hành khách trên boong của con tàu sao chắc chắn về một điều gì đó khác. Họ chắc chắn rằng chùm tia của họ đã bao phủ toàn bộ khoảng cách từ mũi tàu đến đuôi tàu là 300 nghìn km. Rốt cuộc, anh ấy đã dành trọn một giây cho nó. Họ cũng đã ghi lại nó trên đồng hồ của họ một cách chính xác tuyệt đối. Và làm sao có thể khác được: xét cho cùng, tốc độ ánh sáng không phụ thuộc vào tốc độ của nguồn ...

Làm thế nào như vậy? Chúng ta nhìn thấy một thứ từ một nền tảng cố định, và một thứ khác với chúng trên boong của một con tàu sao? Có chuyện gì vậy?

Thuyết tương đối của Einstein

Cần lưu ý ngay: Thuyết tương đối của Einstein Thoạt nhìn, nó hoàn toàn mâu thuẫn với ý tưởng đã hình thành của chúng ta về cấu trúc của thế giới. Chúng ta có thể nói rằng nó cũng mâu thuẫn với lẽ thường, như chúng ta đã quen trình bày nó. Điều này đã xảy ra nhiều lần trong lịch sử khoa học.

Nhưng việc phát hiện ra hình cầu của Trái đất trái với lẽ thường. Làm thế nào nó có thể sống tiếp phía đối diện người và không rơi xuống vực thẳm?

Đối với chúng ta, hình cầu của Trái đất là một sự thật chắc chắn, và theo quan điểm của lẽ thường, bất kỳ giả định nào khác đều vô nghĩa và hoang đường. Nhưng hãy lùi lại thời đại của bạn, hãy tưởng tượng lần đầu tiên xuất hiện ý tưởng này, và bạn sẽ hiểu việc chấp nhận nó sẽ khó khăn như thế nào.

Chà, có dễ dàng thừa nhận rằng Trái đất không chuyển động, mà bay dọc theo quỹ đạo của nó nhanh hơn hàng chục lần so với một viên đạn thần công?

Tất cả những thứ này đều là những mảnh vỡ của lẽ thường. Do đó, các nhà vật lý hiện đại không bao giờ đề cập đến nó.

Bây giờ trở lại lý thuyết tương đối hẹp. Thế giới công nhận cô lần đầu tiên vào năm 1905 từ một bài báo có chữ ký của rất ít người tên nổi tiếng- Albert Einstein. Và anh ấy chỉ mới 26 tuổi vào thời điểm đó.

Einstein đã đưa ra một giả định rất đơn giản và hợp lý từ nghịch lý này: từ quan điểm của một người quan sát trên sân ga, thời gian trên một chiếc ô tô đang chuyển động ít hơn so với đồng hồ đeo tay của bạn được đo. Trong xe, thời gian trôi qua chậm lại so với thời gian trên sân ga đứng yên.

Những điều khá tuyệt vời tiếp theo một cách hợp lý từ giả định này. Hóa ra một người đi làm bằng xe điện, so với một người đi bộ đi cùng chiều, không chỉ tiết kiệm thời gian do tốc độ mà còn đi chậm hơn đối với anh ta.

Tuy nhiên, đừng cố gắng giữ gìn tuổi thanh xuân vĩnh cửu theo cách này: ngay cả khi bạn trở thành người lái xe ngựa và dành một phần ba cuộc đời trên xe điện, trong 30 năm nữa, bạn cũng khó đạt được. hơn một triệu phần giây. Để tăng thời gian trở nên đáng chú ý, cần phải di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Nó chỉ ra rằng sự gia tăng tốc độ của các vật thể được phản ánh trong khối lượng của chúng. Tốc độ của một vật càng gần với tốc độ ánh sáng thì khối lượng của nó càng lớn. Ở tốc độ của một vật thể bằng tốc độ ánh sáng, thì khối lượng của nó bằng vô cực, nghĩa là nó lớn hơn khối lượng của Trái đất, Mặt trời, Thiên hà, toàn bộ Vũ trụ của chúng ta ... Đây là khối lượng bao nhiêu. có thể được tập trung trong một viên đá cuội đơn giản, tăng tốc độ
Sveta!

Điều này đặt ra một giới hạn không cho phép bất kỳ phần thân vật liệu nào phát triển tốc độ, bằng tốc độ Sveta. Rốt cuộc, khi khối lượng lớn lên, việc phân tán nó ngày càng trở nên khó khăn hơn. Và một khối lượng vô hạn không thể bị di chuyển bởi bất kỳ lực nào.

Tuy nhiên, tự nhiên đã tạo ra một ngoại lệ rất quan trọng đối với định luật này đối với cả một lớp hạt. Ví dụ, đối với photon. Chúng có thể di chuyển với tốc độ ánh sáng. Chính xác hơn, chúng không thể di chuyển với bất kỳ tốc độ nào khác. Không thể tưởng tượng nổi khi tưởng tượng một photon bất động.

Khi đứng yên, nó không có khối lượng. Ngoài ra, neutrino không có khối lượng nghỉ, và chúng cũng bị quy vào một chuyến bay vĩnh cửu không bị kiềm chế trong không gian với tốc độ tối đa có thể trong Vũ trụ của chúng ta, mà không vượt qua ánh sáng và theo kịp nó.

Chẳng phải mỗi hệ quả của thuyết tương đối hẹp mà chúng ta liệt kê ra đều là điều đáng ngạc nhiên, nghịch lý! Và tất nhiên, mỗi cái đều trái ngược với "lẽ thường"!

Nhưng đây là điều thú vị: không phải ở dạng cụ thể của nó, mà là một quan điểm triết học rộng rãi, tất cả những hệ quả đáng kinh ngạc này đã được những người sáng lập chủ nghĩa duy vật biện chứng tiên đoán. Những hàm ý này nói lên điều gì? Về các mối liên hệ kết nối giữa năng lượng và khối lượng, khối lượng và tốc độ, tốc độ và thời gian, tốc độ và chiều dài của một vật thể chuyển động…

Khám phá của Einstein về sự phụ thuộc lẫn nhau, giống như xi măng (hơn nữa :), kết nối các cốt thép với nhau, hoặc đá nền, kết nối các sự vật và hiện tượng trước đây dường như độc lập với nhau và tạo ra nền tảng lần đầu tiên trong lịch sử khoa học có thể để xây dựng một tòa nhà hài hòa. Tòa nhà này là đại diện cho cách vũ trụ của chúng ta hoạt động.

Nhưng trước tiên, ít nhất là một vài từ về lý thuyết tương đối rộng, cũng do Albert Einstein tạo ra.

Albert Einstein

Cái tên này - lý thuyết tương đối rộng - không hoàn toàn tương ứng với nội dung của lý thuyết, sẽ được thảo luận. Nó thiết lập sự phụ thuộc lẫn nhau giữa không gian và vật chất. Rõ ràng sẽ đúng hơn nếu gọi nó là lý thuyết không-thời gian, hoặc lý thuyết về lực hấp dẫn.

Nhưng cái tên này đã phát triển rất chặt chẽ với lý thuyết của Einstein, đến nỗi nhiều nhà khoa học thậm chí đặt ra câu hỏi về việc thay thế nó bây giờ có vẻ không đứng đắn.

Thuyết tương đối rộng đã thiết lập sự phụ thuộc lẫn nhau giữa vật chất với thời gian và không gian chứa nó. Hóa ra không những không thể hình dung không gian và thời gian tồn tại tách biệt với vật chất, mà tính chất của chúng còn phụ thuộc vào vật chất lấp đầy chúng.

Điểm bắt đầu của cuộc thảo luận

Do đó, người ta chỉ có thể chỉ định điểm bắt đầu của cuộc thảo luận và rút ra một số kết luận quan trọng.

Lúc bắt đầu du hành vũ trụ một thảm họa bất ngờ đã phá hủy thư viện, quỹ phim và những kho lưu trữ khác về tâm trí, ký ức của những người bay xuyên không gian. Và bản chất của hành tinh bản địa bị lãng quên trong sự thay đổi của hàng thế kỷ. Ngay cả định luật vạn vật hấp dẫn cũng bị lãng quên, vì tên lửa bay trong không gian giữa các thiên hà, nơi nó gần như không được cảm nhận.

Tuy nhiên, động cơ của con tàu hoạt động tuyệt vời, năng lượng cung cấp trong pin thực tế là không giới hạn. Hầu hết thời gian con tàu chuyển động theo quán tính, và cư dân của nó đã quen với việc không trọng lượng. Nhưng đôi khi chúng nổ máy và làm chậm hoặc tăng tốc độ di chuyển của tàu. Khi các vòi phun tia phụt vào khoảng không với ngọn lửa không màu và con tàu di chuyển với tốc độ nhanh, cư dân cảm thấy cơ thể trở nên nặng nề, họ buộc phải đi vòng quanh con tàu và không được bay dọc theo các hành lang.

Và bây giờ chuyến bay gần hoàn thành. Con tàu bay lên một trong những ngôi sao và rơi vào quỹ đạo của hành tinh phù hợp nhất. Phi thuyền đi ra ngoài, đi trên mặt đất xanh tươi, không ngừng trải qua cùng một cảm giác nặng nề, quen thuộc từ khi con tàu đang di chuyển với tốc độ nhanh.

Nhưng hành tinh chuyển động đều. Nó không thể bay về phía họ với gia tốc không đổi 9,8 m / s2! Và họ có giả thiết đầu tiên rằng trường hấp dẫn (lực hấp dẫn) và gia tốc cho cùng một tác dụng, và có lẽ có một bản chất chung.

Không ai trong số những người cùng thời trên trái đất của chúng ta đi trên một chuyến bay dài như vậy, nhưng nhiều người đã cảm thấy hiện tượng “nặng lên” và “nhẹ đi” cơ thể của họ. Đã là một chiếc thang máy thông thường, khi nó di chuyển với tốc độ nhanh sẽ tạo ra cảm giác này. Khi hạ xuống, bạn có cảm giác sụt cân đột ngột, khi lên cao thì ngược lại, sàn đè lên chân bạn với lực nhiều hơn bình thường.

Nhưng một cảm giác không chứng minh được bất cứ điều gì. Rốt cuộc, các cảm giác cố gắng thuyết phục chúng ta rằng Mặt trời di chuyển trên bầu trời xung quanh Trái đất bất động, rằng tất cả các ngôi sao và hành tinh đều ở cùng một khoảng cách với chúng ta, theo nguyên tắc, v.v.

Các nhà khoa học đã phải đối mặt với các cảm giác để xác minh thực nghiệm. Ngay cả Newton cũng nghĩ về sự đồng nhất kỳ lạ của hai hiện tượng. Anh ấy đã cố gắng cung cấp cho họ đặc điểm số. Sau khi đo lực hấp dẫn, ông tin chắc rằng giá trị của chúng luôn hoàn toàn bằng nhau.

Từ bất cứ vật liệu nào anh ấy đã tạo ra mặt dây chuyền của cây thí điểm: từ bạc, chì, thủy tinh, muối, gỗ, nước, vàng, cát, lúa mì. Kết quả là giống nhau.

Nguyên tắc tương đương, mà chúng ta đang nói đến, là cơ sở của thuyết tương đối rộng, mặc dù cách giải thích hiện đại của lý thuyết không còn cần đến nguyên lý này nữa. Bỏ qua các suy luận toán học tuân theo nguyên tắc này, chúng ta hãy tiến hành trực tiếp một số hệ quả của thuyết tương đối rộng.

Sự hiện diện của các khối vật chất lớn ảnh hưởng rất nhiều đến không gian xung quanh. Nó dẫn đến những thay đổi như vậy trong đó, có thể được định nghĩa là tính không đồng nhất của không gian. Những điểm không đồng nhất này hướng sự chuyển động của bất kỳ khối lượng nào gần với vật thể hấp dẫn.

Thường sử dụng một phép loại suy như vậy. Hãy tưởng tượng một tấm bạt được kéo căng trên một khung song song với bề mặt trái đất. Đặt nặng lên nó. Đây sẽ là khối lượng thu hút lớn của chúng tôi. Cô ấy, tất nhiên, sẽ uốn cong tấm bạt và kết thúc trong một số giờ giải lao. Bây giờ lăn quả bóng trên tấm vải này sao cho một phần đường đi của nó nằm cạnh khối lượng thu hút. Tùy thuộc vào cách quả bóng sẽ được tung ra, có thể có ba lựa chọn.

1. Quả bóng sẽ bay đủ xa so với chỗ lõm tạo ra bởi độ lệch của tấm bạt và sẽ không thay đổi chuyển động của nó.
2. Quả bóng sẽ chạm vào chỗ lõm và các đường chuyển động của nó sẽ uốn cong về phía khối lượng hút.
3. Quả bóng sẽ rơi vào lỗ này, không thể ra khỏi nó, và sẽ thực hiện một hoặc hai vòng quay xung quanh khối lượng hấp dẫn.

Có đúng là phương án thứ ba mô phỏng rất đẹp việc chụp một ngôi sao hoặc hành tinh của một vật thể lạ bay vào trường hấp dẫn của chúng một cách bất cẩn không?

Và trường hợp thứ hai là sự bẻ cong quỹ đạo của một vật thể bay với tốc độ lớn hơn tốc độ bắt được! Trường hợp đầu tiên tương tự như bay ngoài tầm với thực tế của trường hấp dẫn. Vâng, nó là thực tế, bởi vì về mặt lý thuyết trường hấp dẫn là không giới hạn.

Tất nhiên, đây là một phép loại suy rất xa, chủ yếu bởi vì không ai có thể thực sự hình dung được sự lệch hướng của không gian ba chiều. Ý nghĩa vật lý của độ lệch, hay độ cong này, như người ta thường nói, không ai biết.

Theo thuyết tương đối rộng, bất kỳ vật chất nào cũng có thể chuyển động trong trường hấp dẫn chỉ dọc theo các đường cong. Chỉ ở chế độ riêng tư những dịp đặc biệtđường cong trở thành đường thẳng.

Tia sáng cũng tuân theo quy luật này. Rốt cuộc, nó bao gồm các photon có khối lượng nhất định đang bay. Và trường hấp dẫn có ảnh hưởng đến nó, cũng như đối với phân tử, tiểu hành tinh hay hành tinh.

Một kết luận quan trọng khác là trường hấp dẫn cũng thay đổi dòng chảy của thời gian. Gần một khối lượng hút lớn, trong một trường hấp dẫn mạnh do nó tạo ra, thời gian trôi qua phải chậm hơn so với xa nó.

Bạn thấy đấy, lý thuyết tương đối rộng đầy rẫy những kết luận nghịch lý có thể lật ngược ý tưởng của chúng ta về "lẽ thường" hết lần này đến lần khác!

Sự sụp đổ hấp dẫn

Hãy nói về một hiện tượng kỳ thú của thiên nhiên vũ trụ - về sự sụp đổ của trọng trường (sự nén thảm khốc). Hiện tượng này xảy ra trong sự tích tụ khổng lồ của vật chất, nơi mà lực hấp dẫn đạt đến cường độ khổng lồ đến mức không lực nào khác tồn tại trong tự nhiên có thể chống lại chúng.

Hãy nhớ công thức nổi tiếng của Newton: lực hấp dẫn càng lớn thì ít vuông hơn khoảng cách giữa các vật hấp dẫn. Do đó, sự hình thành vật chất càng dày đặc, kích thước của nó càng nhỏ, các lực hấp dẫn tăng lên nhanh chóng, càng không thể tránh khỏi sự phá hủy của chúng.

Có một kỹ thuật xảo quyệt mà tự nhiên phải vật lộn với sức nén dường như vô hạn của vật chất. Để làm được điều này, nó dừng dòng thời gian trong phạm vi tác động của lực hấp dẫn siêu lớn, và các khối vật chất bị cùm lại, như nó vốn có, tắt khỏi Vũ trụ của chúng ta, đóng băng trong một giấc mơ lờ đờ kỳ lạ.

"Lỗ đen" đầu tiên của vũ trụ có thể đã được phát hiện. Theo giả thiết của các nhà khoa học Liên Xô O. Kh. Huseynov và A. Sh. Novruzova, đó là đồng bằng Gemini - một ngôi sao đôi với một thành phần không nhìn thấy được.

Theo tính toán, thành phần hữu hình có khối lượng bằng 1,8 mặt trời, và "đối tác" vô hình của nó, theo tính toán, nặng gấp bốn lần so với thành phần nhìn thấy được. Nhưng không có dấu vết của nó: không thể nhìn thấy sự sáng tạo tuyệt vời nhất của tự nhiên, "lỗ đen".

Nhà khoa học Liên Xô, Giáo sư K.P. Stanyukovich, như người ta nói, “trên đầu cây bút”, đã chỉ ra thông qua các cấu trúc lý thuyết thuần túy rằng các hạt của “vật chất đông lạnh” có thể rất đa dạng về kích thước.

• Có thể có những hình dạng khổng lồ của nó, tương tự như chuẩn tinh, liên tục tỏa ra năng lượng nhiều như tất cả 100 tỷ ngôi sao trong Thiên hà của chúng ta tỏa ra.
• Có thể có những khối khiêm tốn hơn nhiều, chỉ bằng một vài khối lượng Mặt Trời. Cả chúng và các đối tượng khác có thể tự phát sinh từ vật chất bình thường, không phải vật chất “đang ngủ”.
• Và có thể hình thành một lớp hoàn toàn khác, tương xứng với khối lượng Các hạt cơ bản.

Để chúng phát sinh, trước tiên cần phải đặt vấn đề khiến chúng chịu áp suất khổng lồ và đẩy nó vào giới hạn của quả cầu Schwarzschild - quả cầu mà thời gian của một người quan sát bên ngoài dừng lại hoàn toàn. Và ngay cả khi sau đó áp suất thậm chí được loại bỏ, các hạt mà thời gian đã dừng lại sẽ tiếp tục tồn tại độc lập với Vũ trụ của chúng ta.

plankeons

Plankeons là một loại hạt rất đặc biệt. Theo K.P. Stanyukovich, chúng sở hữu một đặc tính cực kỳ thú vị: chúng mang vật chất trong mình ở dạng không thay đổi, chẳng hạn như cách đây hàng triệu tỉ năm. Nhìn vào bên trong plankeon, chúng ta có thể thấy vật chất giống như ở thời điểm khai sinh vũ trụ của chúng ta. Theo tính toán lý thuyết, có khoảng 1080 plankeon trong Vũ trụ, xấp xỉ một plankeon trong một khối không gian có cạnh 10 cm. Nhân tiện, cùng thời với Stanyukovich và (bất kể ông ta, giả thuyết về plankeon đã được Viện sĩ M.A. Markov đưa ra. Chỉ có Markov đặt cho chúng một cái tên khác - maximons.

Các tính chất đặc biệt của plankeon cũng có thể được sử dụng để giải thích những biến đổi nghịch lý đôi khi của các hạt cơ bản. Người ta biết rằng khi hai hạt va chạm, các mảnh vỡ không bao giờ hình thành, nhưng các hạt cơ bản khác sẽ phát sinh. Điều này thực sự đáng kinh ngạc: trong thế giới bình thường, làm vỡ một chiếc bình, chúng ta sẽ không bao giờ nhận được toàn bộ cốc hoặc thậm chí là hoa thị. Nhưng giả sử rằng trong độ sâu của mỗi hạt cơ bản có một plankeon, một hoặc một số, và đôi khi nhiều plankeon.

Tại thời điểm va chạm của các hạt, "túi" được buộc chặt của plankeon sẽ mở ra một chút, một số hạt sẽ "rơi" vào đó, và thay vì "nhảy ra" những hạt mà chúng ta cho là đã phát sinh trong quá trình va chạm. Đồng thời, plankeon, với tư cách là một kế toán siêng năng, sẽ đảm bảo tất cả các "định luật bảo toàn" được áp dụng trong thế giới của các hạt cơ bản.
Cơ chế vạn vật hấp dẫn liên quan gì đến nó?

"Chịu trách nhiệm" cho lực hấp dẫn, theo giả thuyết của K. P. Stanyukovich, là những hạt nhỏ bé, được gọi là graviton, liên tục do các hạt cơ bản phát ra. Trọng lực nhỏ hơn nhiều so với trọng lực như một hạt bụi đang nhảy múa trong tia nắng, nhỏ hơn địa cầu.

Bức xạ của graviton tuân theo một số quy luật. Đặc biệt, chúng dễ dàng bay vào vùng không gian đó hơn. Loại nào chứa ít graviton hơn. Vì vậy, nếu có hai Thiên thể, cả hai sẽ bức xạ các lực hấp dẫn chủ yếu là "hướng ra ngoài", theo các hướng ngược nhau. Điều này tạo ra một xung động khiến các cơ thể tiếp cận nhau, hút nhau.