Izpratne par Vispārējās gravitācijas likumu
Pateicoties zinātnieku pētījumiem, gadu gaitā ir bijis iespējams izprast dabas parādības un panākt tehnoloģisko progresu. Ņūtons, pamatojoties uz Galileo pētījumiem par likumiem, kas regulē lādiņu kustību uz Zemes, un Keplera pētījumi par Saules sistēmas planētu kustības likumiem, secina, ka spēks, kas nepieciešams, lai planētu noturētu orbītā, ir atkarīgs no masām un atdalīšanas attālums. Vispārējās gravitācijas likums, kuru 1687. gadā publicēja Īzaks Ņūtons, ļauj mums noteikt spēku, ar kuru tiek piesaistīti divi masveida objekti, kas ir ļoti noderīgi, pētot komētu orbītas, atklājot citas planētas, plūdmaiņas, satelītu kustība, cita starpā.
Pamatjēdzieni, lai saprastu "Vispārējās gravitācijas likumu"
Mēs aicinām jūs apskatīt rakstu Ņūtona likumi - viegli saprotami
Centripetāls spēks:
Spēks, kas liek mobilajam saliekt trajektoriju, liekot tam aprakstīt apļveida kustību. Centrālais spēks iedarbojas uz ķermeni, kas vērsts uz apļveida ceļa centru. Ķermenis piedzīvo centripetālu paātrinājumu, jo nemainīga moduļa ātrums kustības laikā maina virzienu. Skatīt 1. attēlu.
Centripetālo spēku var aprēķināt, izmantojot Ņūtona otro likumu [1], kur centripetālo paātrinājumu var izteikt kā leņķa ātruma, lineārā ātruma funkciju vai kā ķermeņa apļveida kustības perioda funkciju. Skatīt 2. attēlu.
[adinserter name = ”1. bloks”]
Keplera likumi
Astronoms Johanness Keplers izskaidroja Saules sistēmas planētu kustību, izmantojot trīs likumus: orbītu, apgabalu un periodu likumu. [divi].
Keplera pirmais likums jeb orbītu likums:
Visas Saules sistēmas planētas griežas ap Sauli elipsveida orbītā. Saule atrodas vienā no diviem elipses fokusiem. Skatīt 3. attēlu.
Keplera otrais likums jeb jomu likums:
Rādiuss, kas savieno planētu ar sauli, apraksta vienādus laukumus vienādos laikos. (Iedomātā) līnija, kas iet no saules uz planētu, vienādos laikos slauc vienādus laukumus; tas ir, laukuma maiņas ātrums ir nemainīgs. Skatīt 4. attēlu.
Keplera trešais likums vai periodu likums:
Visām planētām sakarība starp orbītas rādiusa kubu un tā perioda kvadrātu ir nemainīga. Elipses galvenā ass, kas dalīta un dalīta ar periodu (laiks, lai veiktu pilnīgu apgriezienu), ir vienāda konstante dažādām planētām. Planētas kinētiskā enerģija samazinās, apgriezti mainoties tās attālumam no saules. Skatīt 5. attēlu.
Universālās gravitācijas likums
Vispārējās gravitācijas likums, kuru 1687. gadā publicēja Īzaks Ņūtons, ļauj mums noteikt spēku, ar kuru tiek piesaistīti divi masas objekti. Ņūtons secināja, ka:
- Ķermeņus piesaista tikai fakts, ka viņiem ir masas.
- Pievilkšanās spēks starp ķermeņiem ir pamanāms tikai tad, ja vismaz viens no mijiedarbojošajiem ķermeņiem ir ārkārtīgi liels, piemēram, planēta.
- Mijiedarbība notiek no attāluma, tāpēc ķermeņiem nav jāsaskaras, lai pievilcīgais spēks darbotos.
- Gravitācijas mijiedarbība starp diviem ķermeņiem vienmēr izpaužas kā spēku pāris, kas ir vienāds virzienā un modulī, bet pretējā virzienā.
Paziņojums par Vispārējās gravitācijas likumu
Pievilkšanās spēks starp divām masām ir tieši proporcionāls masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam, kas tos atdala. Piesaistes spēkam ir virziens, kas sakrīt ar līniju, kas tiem pievienojas [3]. Skatīt 6. attēlu.
Proporcionalitātes konstante G starp lielumiem ir pazīstama kā universālā gravitācijas konstante. Starptautiskajā sistēmā tas ir līdzvērtīgs:
1. vingrinājums. Nosakiet spēku, ar kuru vakuumā tiek piesaistīti 7. attēlā redzamie ķermeņi.
Šķīdums
8. attēlā ir divi ķermeņi ar masu m1 = 1000 kg un m2 = 80 kg, kas atdalīti ar 2 metru attālumu. Piemērojot universālo gravitācijas likumu, starp tiem var noteikt pievilkšanās spēku, kā parādīts 8. attēlā.
Vispārējās gravitācijas likuma atskaitīšana
Sākot no Keplera trešā likuma, kas attiecina rādiusu uz riņķojošās planētas periodu, planētas piedzīvotais centripetālais paātrinājums ir apgriezti proporcionāls tās orbītas rādiusa kvadrātam. Lai atrastu uz planētas darbojošos centrmezglu, tiek izmantots Ņūtona otrais likums [], ņemot vērā tā piedzīvoto centripetālo paātrinājumu, kas izteikts kā perioda funkcija. Skatīt 9. attēlu.
Vispārējās gravitācijas konstantes vērtību Henrijs Kavendišs noteica daudzus gadus pēc Ņūtona gravitācijas likuma izveidošanas. Pastāvīgais G tiek uzskatīts par "universālu", jo tā vērtība ir vienāda jebkurā zināmajā Visumā un nav atkarīga no vides, kurā objekti atrodas.
2. vingrinājums. Nosakiet planētas Zeme masu, zinot, ka rādiuss ir 6380 km
Šķīdums
Ķermeņi, kas atrodas uz zemes virsmas, tiek piesaistīti tās centram, šis spēks ir pazīstams kā ķermeņa svars (spēks, ar kuru Zeme to piesaista). No otras puses, var pielietot Ņūtona otro likumu, izsakot ķermeņa svaru kā gravitācijas funkciju, tādējādi var iegūt Zemes masu, kas pazīstama tās rādiusā. Skatīt 11. attēlu.
Universālās gravitācijas likuma piemērošana
Universālās gravitācijas likums ir noderīgs, lai izskaidrotu citu parādību vidū komētu orbītu, citu planētu atklāšanu, plūdmaiņas, satelītu kustību.
Ņūtona likumi ir precīzi izpildīti, kad tiek novērots, ka kāda zvaigzne to neievēro, tas ir tāpēc, ka kāda cita neredzama zvaigzne traucē kustību, tādējādi planētu esamība ir atklāta no traucējumiem, ko tās rada orbītā. zināmas planētas.
Satelīti:
Satelīts ir objekts, kas riņķo ap citu objektu ar lielāku izmēru un lielāku gravitācijas lauku, piemēram, jums ir mēness, dabīgais planētas Zeme pavadonis. Satelīts piedzīvo centripetālu paātrinājumu, jo tas tiek pakļauts pievilcīgam spēkam gravitācijas laukā.
3. vingrinājums. Nosaka satelīta ātrumu, kas riņķo ap zemi 6870 km attālumā no zemes centra. Skatīt 12. attēlu
Šķīdums
Mākslīgie pavadoņi tiek turēti orbītā ap Zemi pievilkšanas spēka dēļ, ko Zeme uz tās iedarbojas. Izmantojot universālo gravitācijas likumu un Ņūtona otro likumu, var noteikt satelīta ātrumu. Skatīt 13. attēlu.
SECINĀJUMI
Katra materiāla daļiņa piesaista jebkuru citu materiāla daļiņu ar spēku, kas tieši proporcionāls abu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam, kas tos atdala.
Gravitācijas mijiedarbība starp diviem ķermeņiem vienmēr izpaužas kā spēku pāris, kas ir vienāds virzienā un modulī, bet pretējā virzienā.
Ņūtona universālās gravitācijas likums ļauj mums noteikt spēku, ar kuru tiek piesaistīti divi masas objekti, zinot, ka pievilkšanās spēks starp divām masām ir tieši proporcionāls masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam, kas tos atdala. .