Принципи Њутоновог закона гравитације

Невтон'с-а закон гравитације дефинише привлачна сила између свих објеката који поседују маса. Разумевање закона гравитације, један од основне силе физике, нуди дубок увид у начин функционисања нашег универзума.

Позната прича о томе Исак Њутн је дошао до идеје за закон гравитације тиме што падање јабуке на главу није тачно, иако је почео да размишља о том питању на фарми своје мајке када је видео да јабука пада са дрво. Питао се да ли је иста сила на јабуци такође била на делу на месецу. Ако је тако, зашто је јабука пала на Земљу, а не на месец?

Уз његову Три закона покрета, Невтон је у књизи из 1687. такођер изнио свој закон гравитације Пхилосопхиае натуралис принципиа матхематица (Математички принципи природне филозофије), који се углавном назива Принципиа.

Јоханнес Кеплер (немачки физичар, 1571-1630) развио је три закона који управљају кретањем пет тада познатих планета. Није имао теоретски модел за принципе који управљају овим покретом, већ их је постигао покушајем и грешком током студија. Њутоново дело, скоро век касније, требало је да узме законе кретања које је он развио и примењује их на планетарно кретање како би развио ригорозан математички оквир за то планетарно кретање.

Њутн је на крају дошао до закључка да су, у ствари, на јабуку и месец утицале исте силе. Назвао је ту силу гравитације (или гравитацију) по латинској речи гравитас што дословно значи "тежина" или "тежина".

У Принципиа, Њутн је дефинисао силу гравитације на следећи начин (преведено са латинског):

Свака честица материје у универзуму привлачи сваку другу честицу силом која је директно пропорционална на продукт маса честица и обрнуто пропорционално квадрату растојања између њих.

Математички, ово се преводи у једнаџбу силе:

Ф_Г = Гм₁м₂/ р²

У овој једначини, количине су дефинисане као:

• Ф_г = Сила гравитације (обично у невтонима)
• Г = Тхе гравитациона константа, што додаје одговарајући ниво пропорционалности једначини. Вредност Г је 6.67259 к 10^-11 Н * м² / кг², иако ће се вредност променити ако се користе друге јединице.
• м₁ & м₁ = Маса две честице (обично у килограмима)
• р = Равна удаљеност између две честице (обично у метрима)

Ова једначина даје нам величину силе која је привлачна сила и зато увек усмерена према друга честица. Према Невтоновом трећем закону покрета, ова сила је увек једнака и супротна. Невтонова три закона покрета дају нам алате за тумачење покрета изазваног силом и видимо да честица са мања маса (која може или не мора бити мања честица, овисно о њиховој густини) ће убрзати више него друга честица. Због тога светлосни објекти падају на Земљу знатно брже него што Земља пада према њима. Ипак, сила која делује на светлосни објект и Земљу је идентичне величине, иако то не изгледа тако.

Такође је значајно напоменути да је сила обрнуто пропорционална квадрату растојања између објеката. Како се предмети даље одвајају, сила гравитације опада врло брзо. На већини растојања само су предмети веома велике масе попут планета, звезда, галаксија и Црне рупе имају значајне ефекте гравитације.

У објекту састављеном од много честица, свака честица интерактивно делује са сваком честицом другог предмета. Откад знамо да су снаге (укључујући гравитацију) аре векторске количине, можемо видети ове силе као компоненте у паралелним и окомитим смеровима два објекта. У неким објектима, као што су сфере једнолике густине, окомите компоненте силе ће се отказати, тако да можемо да третирамо предмете као да су тачкасте честице, које се односе на нас само с нето мрежом између њих.

Тежиште предмета (који је углавном идентичан његовом центру масе) је корисно у овим ситуацијама. Гравитацију посматрамо и изводимо прорачуне као да је целокупна маса објекта фокусирана у тежиште. Једноставних облика - сфере, кружни дискови, правоугаоне плоче, коцке итд. - ова тачка је у геометријском центру објекта.

Ово идеализовани модел гравитационе интеракције може се применити у већини практичних примена, мада у неким езотеричнијим ситуације као што је неједнако гравитационо поље, можда ће бити потребна додатна брига прецизност.

• Невтонов закон гравитације
• Гравитациона поља
• Гравитациона потенцијална енергија
• Гравитација, квантна физика и општа релативност

Закон универзалне гравитације Сир Исааца Невтона (тј. Закон гравитације) може се поново поставити у облик гравитационо поље, што се може показати корисним средством за сагледавање ситуације. Уместо да израчунавамо силе између два објекта сваки пут, уместо тога кажемо да предмет са масом ствара гравитационо поље око њега. Гравитационо поље је дефинисано као сила гравитације у одређеној тачки дељена са масом објекта у тој тачки.

И једно и друго г и Фг имају стрелице изнад њих, што означава њихову векторску природу. Изворна маса М је сада великим словом. Тхе р На крају крајње десне две формуле налази се карат (^) изнад њега, што значи да је јединични вектор у правцу од тачке извора масе М. Пошто је вектор усмерен ка извору, док су сила (и поље) усмерене према извору, негатив се уводи у смеру вектора.

Ова једначина приказује а векторско поље око М која је увек усмерена према њему, са вредности једнаком гравитационом убрзању објекта унутар поља. Јединице гравитационог поља су м / с2.

• Невтонов закон гравитације
• Гравитациона поља
• Гравитациона потенцијална енергија
• Гравитација, квантна физика и општа релативност

Када се објекат помера у гравитационом пољу, мора се радити на његовом премештању са једног места на друго (почетна тачка 1 до крајња тачка 2). Употребом рачунања узимамо интеграл силе из почетног у крајњи положај. Пошто гравитационе константе и масе остају константне, испада да је интеграл само интеграл 1 / р2 помножено са константама.

Дефинишемо гравитациону потенцијалну енергију, У, тако да В = У1 - У2. Ово даје једнаџбу десно за Земљу (са масом мЕ. У неком другом гравитационом пољу, мЕ би, наравно, замењена одговарајућом масом.

На Земљи, откад знамо количине које су укључене, гравитациона потенцијална енергија У може се свести на једначину у погледу масе м објекта, убрзање гравитације (г = 9,8 м / с) и удаљеност и изнад координатног порекла (обично тло у гравитационом проблему). Ова једноставна једначина даје приносе гравитациона потенцијална енергија од:

У = мги

Постоје још неки детаљи примене гравитације на Земљи, али то је релевантна чињеница у вези са гравитационом потенцијалном енергијом.

Приметите да ако р постаје већи (предмет иде већи), гравитациона потенцијална енергија се повећава (или постаје мање негативна). Ако се објекат помера ниже, приближава се Земљи, па гравитациона потенцијална енергија опада (постаје негативнија). Са бесконачном разликом, гравитациона потенцијална енергија иде на нулу. Уопште нас заиста занима само то разлика у потенцијалној енергији када се објект креће у гравитационом пољу, тако да ова негативна вредност није брига.

Ова формула се примењује у прорачунима енергије унутар гравитационог поља. Као облик енергије, гравитациона потенцијална енергија подлеже закону очувања енергије.

Гравити Индек:

• Невтонов закон гравитације
• Гравитациона поља
• Гравитациона потенцијална енергија
• Гравитација, квантна физика и општа релативност

Када је Невтон представио своју теорију гравитације, није имао механизам како сила делује. Предмети су се повлачили један преко другога преко огромних провалија празног простора, који су изгледали у супротности са свим оним што научници очекују. Прошло би више од два века пре него што би теоријски оквир адекватно објаснио зашто Невтонова теорија је у ствари успјела.

У његовој Теорија опште релативности, Алберт Ајнштајн је објаснио гравитацију као закривљеност просторног времена око било које масе. Предмети веће масе узроковали су већу закривљеност и тако показали веће гравитационо повлачење. Томе у прилог иду и истраживања која су показала да се светлост у ствари криви око масивних објеката као што је сунце теорија би то предвидјела будући да сам простор у том тренутку крива и светлост ће следити најједноставнији пут кроз који се креће простора. Постоји већа детаљност теорије, али то је главна поанта.

Тренутни напори у квантна физика покушавају објединити све основне силе физике у једну уједињену силу која се манифестује на различите начине. До сада је гравитација највећа препрека за укључивање у јединствену теорију. Такав теорија квантне гравитације напокон би објединио општу релативност са квантном механиком у јединствен, бешаван и елегантан поглед који све природе функционира под једним основним типом интеракције честица.

У области квантна гравитација, теоретизира се да постоји виртуална честица која се зове а гравитон која посредује гравитациону силу, јер тако делују остале три основне силе (или једна сила, јер су оне у суштини већ обједињене заједно). Међутим, гравитон није експериментално примећен.

Овај се чланак бавио основним принципима гравитације. Укључивање гравитације у кинематике и механичке прорачуне је прилично једноставно, кад једном схватите како да тумачите гравитацију на површини Земље.

Њутнов главни циљ био је објаснити кретање планета. Као што је поменуто раније, Јоханнес Кеплер био је осмислио три закона кретања планете без употребе Њутоновог закона гравитације. Испада да су у потпуности доследни и да се могу доказати сви Кеплерови закони применом Њутонове теорије универзалне гравитације.