أهم ظاهرة يدرسها علماء الفيزياء باستمرار هي الحركة. الظواهر الكهرومغناطيسية ، قوانين الميكانيكا ، الديناميكا الحرارية والعمليات الكمومية - كل هذا عبارة عن مجموعة واسعة من أجزاء الكون التي درستها الفيزياء. وكل هذه العمليات تنزل ، بطريقة أو بأخرى ، إلى شيء واحد - إلى.

في تواصل مع

كل شيء في الكون يتحرك. الجاذبية هي ظاهرة مألوفة لجميع الناس منذ الطفولة ، لقد ولدنا في مجال الجاذبية لكوكبنا ، هذه الظاهرة الفيزيائية ندركها في أعمق مستوى حدسي ، ويبدو أنها لا تتطلب حتى الدراسة.

لكن ، للأسف ، السؤال هو لماذا و كيف تجذب كل الأجسام بعضها البعض؟، لا يزال حتى يومنا هذا غير مكشوف بالكامل ، على الرغم من أنه قد تم دراسته صعودًا وهبوطًا.

في هذه المقالة ، سننظر في ماهية جاذبية نيوتن العالمية - النظرية الكلاسيكية للجاذبية. ومع ذلك ، قبل الانتقال إلى الصيغ والأمثلة ، دعونا نتحدث عن جوهر مشكلة الجاذبية ونعطيها تعريفًا.

ربما كانت دراسة الجاذبية هي بداية الفلسفة الطبيعية (علم فهم جوهر الأشياء) ، ربما تكون الفلسفة الطبيعية هي التي أدت إلى مسألة جوهر الجاذبية ، ولكن بطريقة أو بأخرى ، مسألة جاذبية الأجسام مهتم باليونان القديمة.

كانت الحركة تُفهم على أنها جوهر الخصائص الحسية للجسم ، أو بالأحرى ، يتحرك الجسد بينما يراه المراقب. إذا لم نتمكن من قياس الظاهرة ووزنها والشعور بها ، فهل هذا يعني أن هذه الظاهرة غير موجودة؟ بطبيعة الحال ، لا يحدث ذلك. ومنذ أن فهم أرسطو هذا ، بدأت الانعكاسات حول جوهر الجاذبية.

كما اتضح اليوم ، بعد عدة عشرات من القرون ، فإن الجاذبية هي الأساس ليس فقط لجاذبية الأرض وجاذبية كوكبنا ، ولكن أيضًا أساس أصل الكون وجميع الجسيمات الأولية الموجودة تقريبًا.

مهمة الحركة

لنقم بتجربة فكرية. خذ كرة صغيرة بيدك اليسرى. لنأخذ نفس الشيء على اليمين. دعونا نحرر الكرة اليمنى ، وسوف تبدأ في السقوط. اليسار يبقى في اليد ، لا يزال ساكنا.

دعونا نوقف عقليا مرور الوقت. الكرة اليمنى الساقطة "معلقة" في الهواء ، والكرة اليسرى لا تزال في اليد. يتم منح الكرة اليمنى "طاقة" الحركة ، والكرة اليسرى ليست كذلك. لكن ما هو الاختلاف العميق والهادف بينهما؟

أين ، في أي جزء من الكرة الساقطة مكتوب أنه يجب أن تتحرك؟ لها نفس الكتلة ، نفس الحجم. لها نفس الذرات ، ولا تختلف عن ذرات الكرة عند السكون. كرة لديها؟ نعم هذه هي الإجابة الصحيحة ولكن كيف تعرف الكرة أن لديها طاقة كامنة وأين تسجل فيها؟

هذه هي المهمة التي حددها أرسطو ونيوتن وألبرت أينشتاين. وقد قام المفكرون الثلاثة اللامعون بحل هذه المشكلة جزئيًا لأنفسهم ، ولكن اليوم هناك عدد من القضايا التي تحتاج إلى حل.

الجاذبية النيوتونية

في عام 1666 ، اكتشف أعظم فيزيائي وميكانيكي إنجليز.نيوتن قانونًا قادرًا على الحساب الكمي للقوة التي تميل كل مادة في الكون إلى بعضها البعض. هذه الظاهرة تسمى الجاذبية العالمية. عندما يُسأل: "صِغ قانون الجاذبية الكونية" ، يجب أن تبدو إجابتك كما يلي:

قوة تفاعل الجاذبية ، والتي تساهم في جذب جسدين ، هي بما يتناسب بشكل مباشر مع جماهير هذه الهيئاتويتناسب عكسيا مع المسافة بينهما.

مهم!يستخدم قانون نيوتن للجاذبية مصطلح "المسافة". يجب ألا يُفهم هذا المصطلح على أنه المسافة بين أسطح الأجسام ، ولكن على أنه المسافة بين مراكز جاذبيتها. على سبيل المثال ، إذا كانت كرتان بنصف قطر r1 و r2 فوق بعضهما البعض ، فإن المسافة بين سطحيهما تساوي صفرًا ، ولكن هناك قوة جذب. النقطة المهمة هي أن المسافة بين مراكزهم r1 + r2 ليست صفرية. على المستوى الكوني ، هذا التحسين ليس مهمًا ، لكن بالنسبة لقمر صناعي في مداره ، هذه المسافة تساوي الارتفاع فوق السطح بالإضافة إلى نصف قطر كوكبنا. تُقاس المسافة بين الأرض والقمر أيضًا على أنها المسافة بين مراكزهم ، وليس أسطحهم.

بالنسبة لقانون الجاذبية ، تكون الصيغة كما يلي:

,

• F هي قوة الجذب ،
• - الجماهير ،
• ص - المسافة ،
• G هو ثابت الجاذبية ، يساوي 6.67 10−11 m³ / (kg · s²).

ما هو الوزن ، إذا أخذنا في الاعتبار قوة الجذب؟

القوة هي كمية متجهة ، ولكن في قانون الجاذبية العامة تُكتب بشكل تقليدي على أنها عددية. في صورة متجهية ، سيبدو القانون كما يلي:

.

لكن هذا لا يعني أن القوة تتناسب عكسياً مع مكعب المسافة بين المراكز. يجب فهم النسبة على أنها ناقل وحدة موجه من مركز إلى آخر:

.

قانون تفاعل الجاذبية

الوزن والجاذبية

بعد النظر في قانون الجاذبية ، يمكن للمرء أن يفهم أنه لا يوجد شيء يثير الدهشة في حقيقة أننا شخصيا نشعر أن جاذبية الشمس أضعف بكثير من جاذبية الأرض. الشمس الضخمة ، على الرغم من أنها تحتوي على كتلة كبيرة ، إلا أنها بعيدة جدًا عنا. هي أيضًا بعيدة عن الشمس ، لكنها تنجذب إليها ، إذ لها كتلة كبيرة. كيفية إيجاد قوة جذب جسدين ، أي كيفية حساب قوة جاذبية الشمس والأرض وأنت وأنا - سنتعامل مع هذه المسألة بعد قليل.

بقدر ما نعلم ، فإن قوة الجاذبية هي:

حيث m هي كتلتنا ، و g تسارع السقوط الحر للأرض (9.81 م / ث 2).

مهم!لا يوجد نوعان أو ثلاثة أو عشرة أنواع من قوى الجذب. الجاذبية هي القوة الوحيدة التي تحدد مقدار التجاذب. الوزن (P = mg) وقوة الجاذبية هما نفس الشيء.

إذا كانت m هي كتلتنا ، و M هي كتلة الكرة الأرضية ، و R هو نصف قطرها ، فإن قوة الجاذبية التي تؤثر علينا هي:

وهكذا ، بما أن F = mg:

.

تلغي الكتل m ، تاركة التعبير الذي يشير إلى تسارع السقوط الحر:

كما ترون ، فإن تسارع السقوط الحر هو بالفعل قيمة ثابتة ، لأن صيغته تتضمن قيمًا ثابتة - نصف القطر وكتلة الأرض وثابت الجاذبية. بالتعويض عن قيم هذه الثوابت ، سوف نتأكد من أن تسارع السقوط الحر يساوي 9.81 م / ث 2.

عند خطوط العرض المختلفة ، يختلف نصف قطر الكوكب إلى حد ما ، لأن الأرض لا تزال غير كروية مثالية. لهذا السبب ، فإن تسارع السقوط الحر في نقاط مختلفة على الكرة الأرضية مختلف.

دعنا نعود إلى جاذبية الأرض والشمس. دعنا نحاول أن نثبت بالمثال أن الكرة الأرضية تجذبنا أقوى من الشمس.

للراحة ، لنأخذ كتلة الشخص: م = 100 كجم. ثم:

• المسافة بين الإنسان والكرة الأرضية تساوي نصف قطر الكوكب: R = 6.4 ∙ 10 6 m.
• كتلة الأرض: M 6 ∙ 10 24 kg.
• كتلة الشمس هي: Mc 2 ∙ 10 30 kg.
• المسافة بين كوكبنا والشمس (بين الشمس والإنسان): r = 15 ∙ 10 10 m.

جاذبية الجاذبية بين الإنسان والأرض:

هذه النتيجة واضحة إلى حد ما من تعبير أبسط للوزن (P = mg).

قوة الجاذبية بين الإنسان والشمس:

كما ترون ، يجذبنا كوكبنا ما يقرب من 2000 مرة.

كيف تجد قوة التجاذب بين الأرض والشمس؟ بالطريقة الآتية:

الآن نرى أن الشمس تسحب كوكبنا أقوى بمليار مليار مرة من الكوكب الذي يسحبني أنت وأنا.

السرعة الكونية الأولى

بعد أن اكتشف إسحاق نيوتن قانون الجاذبية الكونية ، أصبح مهتمًا بمدى السرعة التي ينبغي أن يُرمى بها الجسم حتى يغادر الكرة الأرضية إلى الأبد ، بعد أن تغلب على مجال الجاذبية.

صحيح أنه تخيل الأمر بشكل مختلف قليلاً ، في فهمه لم يكن هناك صاروخ قائم عموديًا موجهًا نحو السماء ، ولكن جسمًا يقفز أفقيًا من قمة جبل. لقد كان توضيحًا منطقيًا ، لأن عند قمة الجبل ، تكون قوة الجاذبية أقل قليلاً.

لذلك ، في قمة إيفرست ، لن يكون تسارع الجاذبية هو 9.8 م / ث 2 ، ولكن تقريبًا م / ث 2. ولهذا السبب هناك مخلخلة جدًا ، ولم تعد جزيئات الهواء مرتبطة بالجاذبية مثل تلك التي "سقطت" على السطح.

دعنا نحاول معرفة السرعة الكونية.

السرعة الكونية الأولى v1 هي السرعة التي يغادر بها الجسم سطح الأرض (أو كوكب آخر) ويدخل في مدار دائري.

دعنا نحاول معرفة القيمة العددية لهذه الكمية لكوكبنا.

لنكتب قانون نيوتن الثاني لجسم يدور حول الكوكب في مدار دائري:

,

حيث h هو ارتفاع الجسم فوق السطح ، R هو نصف قطر الأرض.

في المدار ، يعمل تسارع الطرد المركزي على الجسم ، وبالتالي:

.

يتم تقليل الجماهير ، نحصل على:

,

هذه السرعة تسمى السرعة الكونية الأولى:

كما ترى ، فإن سرعة الفضاء مستقلة تمامًا عن كتلة الجسم. وبالتالي ، فإن أي جسم تسارع إلى سرعة 7.9 كم / ثانية سيغادر كوكبنا ويدخل مداره.

السرعة الكونية الأولى

السرعة الفضائية الثانية

ومع ذلك ، حتى بعد تسريع الجسم إلى السرعة الكونية الأولى ، لن نتمكن من قطع اتصال الجاذبية بالأرض تمامًا. لهذا ، نحتاج إلى السرعة الكونية الثانية. عند بلوغ هذه السرعة الجسم يترك مجال الجاذبية للكوكبوجميع المدارات المغلقة الممكنة.

مهم!عن طريق الخطأ ، غالبًا ما يُعتقد أنه من أجل الوصول إلى القمر ، كان على رواد الفضاء الوصول إلى السرعة الكونية الثانية ، لأنهم اضطروا أولاً إلى "الانفصال" عن مجال الجاذبية للكوكب. الأمر ليس كذلك: زوج الأرض والقمر موجودان في مجال جاذبية الأرض. يقع مركز ثقلهم المشترك داخل الكرة الأرضية.

لإيجاد هذه السرعة ، قمنا بتعيين المشكلة بشكل مختلف قليلاً. افترض أن جسمًا يطير من اللانهاية إلى كوكب. سؤال: ما السرعة التي ستتحقق على السطح عند الهبوط (دون مراعاة الغلاف الجوي بالطبع)؟ هذه هي السرعة و سوف يستغرق الجسم لمغادرة الكوكب.

السرعة الفضائية الثانية

نكتب قانون الحفاظ على الطاقة:

,

حيث على الجانب الأيمن من المساواة هو عمل الجاذبية: A = Fs.

من هنا نحصل على أن السرعة الكونية الثانية تساوي:

وبالتالي ، فإن السرعة الفضائية الثانية أكبر من الأولى:

قانون الجاذبية الكونية. الفيزياء الصف 9

قانون الجاذبية الكونية.

استنتاج

لقد تعلمنا أنه على الرغم من أن الجاذبية هي القوة الرئيسية في الكون ، إلا أن العديد من أسباب هذه الظاهرة لا تزال غامضة. لقد تعلمنا ما هي قوة الجاذبية العامة لنيوتن ، وتعلمنا كيفية حسابها للأجسام المختلفة ، ودرسنا أيضًا بعض النتائج المفيدة التي تنجم عن ظاهرة مثل القانون العام للجاذبية.

كلنا نسير على الأرض لأنها تجذبنا. إذا لم تجتذب الأرض جميع الأجسام الموجودة على سطحها ، فإننا ، بعد أن صدناها ، سنطير بعيدًا في الفضاء. لكن هذا لا يحدث ، والجميع يعرف عن وجود الجاذبية الأرضية.

هل نجتذب الأرض؟ لونا يجذب!

هل نجذب الأرض نحونا؟ سؤال سخيف ، صحيح؟ لكن دعنا نرى. هل تعلم ما هو المد والجزر في البحار والمحيطات؟ كل يوم ، تغادر المياه الساحل وتتجول لعدة ساعات ، ثم تعود كما لو لم يحدث شيء.

لذا فإن الماء في هذا الوقت ليس معروفًا أين ، ولكن في منتصف المحيط تقريبًا. هناك ما يشبه جبل من الماء. لا يصدق ، أليس كذلك؟ الماء ، الذي يميل إلى الانتشار ، لا يتدفق من تلقاء نفسه فحسب ، بل يشكل أيضًا الجبال. وتتركز كتلة ضخمة من الماء في هذه الجبال.

فقط ضع في اعتبارك الحجم الإجمالي للمياه التي تتحرك بعيدًا عن الساحل أثناء المد المنخفض ، وستفهم أننا نتحدث عن كميات هائلة. ولكن إذا حدث هذا ، فلا بد أن يكون هناك سبب ما. وهناك سبب. السبب يكمن في حقيقة أن القمر يجذب هذه المياه.

أثناء دورانه حول الأرض ، يمر القمر فوق المحيطات ويسحب مياه المحيط نحوه. القمر يدور حول الأرض لأنها تجذبها الأرض. لكن اتضح أنها هي نفسها تجذب الأرض لنفسها في نفس الوقت. ومع ذلك ، فإن الأرض كبيرة جدًا بالنسبة لها ، لكن تأثيرها يكفي لنقل المياه في المحيطات.

قوة وقانون الجاذبية العالمية: المفهوم والصيغة

الآن دعنا نذهب إلى أبعد من ذلك ونفكر: إذا كان جسمان ضخمان قريبان ، وكلاهما يجذب بعضهما البعض ، فليس من المنطقي أن نفترض أن الأجسام الأصغر ستجذب بعضها البعض أيضًا؟ هل هو فقط أنهم أصغر بكثير وقوتهم الجذابة ستكون صغيرة؟

اتضح أن هذا الافتراض صحيح تمامًا. بين جميع الأجسام في الكون توجد قوى جذب أو ، بعبارة أخرى ، قوى جاذبية عالمية.

كان إسحاق نيوتن أول من اكتشف وصاغ مثل هذه الظاهرة في شكل قانون. قانون الجاذبية الكونية يقول: كل الأجسام تنجذب لبعضها البعض ، بينما قوة جاذبيتها تتناسب طرديا مع كتلة كل جسم وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما:

F = G * (m_1 * m_2) / ص ^ 2 ،

حيث F هي قيمة متجه قوة الجذب بين الأجسام ، و m_1 و m_2 هي كتل هذه الأجسام ، و r هي المسافة بين الأجسام ، و G هي ثابت الجاذبية.

ثابت الجاذبية يساوي عدديًا القوة الموجودة بين أجسام كتلتها 1 كجم ، والموجودة على مسافة متر واحد. تم العثور على هذه القيمة بشكل تجريبي: G = 6.67 * 〖10〗 ^ (- 11) N * m ^ 2⁄ 〖kg〗 ^ 2.

بالعودة إلى سؤالنا الأصلي ، "هل نحن نسحب الأرض؟" ، يمكننا بثقة الإجابة بـ "نعم". وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، نجذب الأرض بنفس القوة التي تجذبنا بها الأرض. يمكن حساب هذه القوة من قانون الجاذبية العامة.

ووفقًا لقانون نيوتن الثاني ، يتم التعبير عن تأثير الأجسام على بعضها البعض بأي قوة في شكل التسارع الذي ينقلونه لبعضهم البعض. لكن التسارع الذي يتم نقله يعتمد على كتلة الجسم.

كتلة الأرض عظيمة ، وتعطينا تسارع السقوط الحر. وكتلتنا لا تذكر مقارنة بالأرض ، وبالتالي فإن التسارع الذي نعطيه للأرض يساوي صفرًا تقريبًا. وهذا هو سبب انجذابنا إلى الأرض والسير عليها وليس العكس.

يوجد في الفيزياء عدد كبير من القوانين والمصطلحات والتعاريف والصيغ التي تشرح كل الظواهر الطبيعية على الأرض وفي الكون. أحد أهمها هو قانون الجاذبية الكونية ، الذي اكتشفه العالم العظيم والمعروف إسحاق نيوتن. يبدو تعريفه على النحو التالي: أي جسمين في الكون ينجذبان إلى بعضهما البعض بقوة معينة. ستبدو صيغة الجاذبية العامة ، التي تحسب هذه القوة ، كما يلي: F = G * (m1 * m2 / R * R).

تاريخ اكتشاف القانون

لقد درس الناس السماء لفترة طويلة جدًا. لقد أرادوا معرفة كل ميزاته ، كل ما يسود في الفضاء الذي لا يمكن الوصول إليه. تم تجميع تقويم من السماء ، وتم حساب تواريخ وتواريخ مهمة للأعياد الدينية. اعتقد الناس أن مركز الكون كله هو الشمس ، والتي تدور حولها جميع الموضوعات السماوية.

ظهر اهتمام علمي عاصف حقًا في الفضاء وعلم الفلك بشكل عام في القرن السادس عشر. لاحظ تايكو براهي ، عالم الفلك العظيم ، خلال بحثه تحركات الكواكب ، وسجل الملاحظات والمنهجية. بحلول الوقت الذي اكتشف فيه إسحاق نيوتن قانون الجاذبية الكونية ، كان النظام الكوبرنيكي قد تأسس بالفعل في العالم ، والذي وفقًا له تدور جميع الأجرام السماوية حول نجم في مدارات معينة. اكتشف العالم العظيم كبلر ، على أساس بحث براهي ، القوانين الحركية التي تميز حركة الكواكب.

بناءً على قوانين كبلر ، فتح إسحاق نيوتن موقعه واكتشف الأمر، ماذا او ما:

• تشير تحركات الكواكب إلى وجود قوة مركزية.
• تتسبب القوة المركزية في تحرك الكواكب في مداراتها.

اعراب الصيغة

هناك خمسة متغيرات في صيغة قانون نيوتن:

ما مدى دقة الحسابات

نظرًا لأن قانون إسحاق نيوتن يشير إلى الميكانيكا ، فإن الحسابات لا تعكس دائمًا بدقة القوة الحقيقية التي تتفاعل معها الأجسام. بالإضافة إلى ، لا يمكن استخدام هذه الصيغة إلا في حالتين:

• عندما يكون الجسمان اللذان يحدث التفاعل بينهما كائنات متجانسة.
• عندما يكون أحد الجسمين نقطة مادية والآخر كرة متجانسة.

مجال الجاذبية

وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، نفهم أن قوى التفاعل بين جسدين متساوية في القيمة ، ولكنها متقابلة في اتجاهها. يحدث اتجاه القوى بشكل صارم على طول خط مستقيم يربط بين مركزي كتلة جسمين متفاعلين. يحدث تفاعل التجاذب بين الأجسام بسبب مجال الجاذبية.

وصف التفاعل والجاذبية

الجاذبية لها مجالات تفاعل طويلة المدى. بعبارة أخرى ، يمتد تأثيرها إلى مسافات كونية كبيرة جدًا. بفضل الجاذبية ، ينجذب الناس وجميع الكائنات الأخرى إلى الأرض ، وتنجذب الأرض وجميع كواكب النظام الشمسي إلى الشمس. الجاذبية هي التأثير المستمر للأجسام على بعضها البعض ، وهي ظاهرة تحدد قانون الجاذبية الكونية. من المهم جدًا أن نفهم شيئًا واحدًا - كلما زادت كتلة الجسم ، زادت جاذبيته. للأرض كتلة ضخمة ، لذلك نحن منجذبون إليها ، والشمس تزن عدة ملايين مرة أكثر من الأرض ، لذلك ينجذب كوكبنا إلى النجم.

جادل ألبرت أينشتاين ، أحد أعظم علماء الفيزياء ، بأن الجاذبية بين جسمين ترجع إلى انحناء الزمكان. كان العالم على يقين من أن الفضاء ، مثل الأنسجة ، يمكن الضغط عليه ، وكلما زاد حجم الجسم ، زاد ضغطه عبر هذا النسيج. كان أينشتاين مؤلف نظرية النسبية ، التي تنص على أن كل شيء في الكون نسبي ، حتى كمية مثل الوقت.

مثال على الحساب

دعنا نحاول ، باستخدام الصيغة المعروفة بالفعل لقانون الجاذبية الكونية ، حل مشكلة فيزيائية:

• نصف قطر الأرض يساوي تقريبًا 6350 كيلومترًا. نعتبر تسارع السقوط الحر 10. من الضروري إيجاد كتلة الأرض.

المحلول:سيكون تسارع السقوط الحر على الأرض مساويًا لـ G * M / R ^ 2. من هذه المعادلة ، يمكننا التعبير عن كتلة الأرض: M = g * R ^ 2 / G. يبقى فقط لاستبدال القيم في الصيغة: M = 10 * 6350000 ^ 2/6، 7 * 10 ^ -11. لكي لا نعاني من الدرجات ، نأتي بالمعادلة إلى النموذج:

• م = 10 * (6.4 * 10 ^ 6) ^ 2 / 6.7 * 10 ^ -11.

بعد الحساب ، توصلنا إلى أن كتلة الأرض تساوي تقريبًا 6 * 10 ^ 24 كيلوجرامًا.

في سنوات حياته المتدهورة ، تحدث عن كيفية اكتشافه قانون الجاذبية.

متي يسير الشاب إسحاق في الحديقة بين أشجار التفاح في منزل والديه ، رأى القمر في سماء النهار. وبجانبه ، سقطت تفاحة على الأرض ، وكسرت غصنًا.

منذ أن كان نيوتن يعمل على قوانين الحركة في نفس الوقت ، كان يعلم بالفعل أن التفاحة تقع تحت تأثير مجال جاذبية الأرض. وكان يعلم أن القمر ليس فقط في السماء ، ولكنه يدور حول الأرض في مدار ، وبالتالي هناك نوع من القوة يعمل عليه ، مما يمنعه من الخروج من المدار والطيران بعيدًا في خط مستقيم ، في الفضاء الخارجي. هذا هو المكان الذي خطرت له فكرة أن نفس القوة ربما تجعل التفاحة تسقط على الأرض ، ويبقى القمر في مدار الأرض.

قبل نيوتن ، اعتقد العلماء أن هناك نوعين من الجاذبية: الجاذبية الأرضية (تعمل على الأرض) والجاذبية السماوية (تعمل في السماء). كانت هذه الفكرة راسخة في أذهان الناس في ذلك الوقت.

كان عيد الغطاس لنيوتن أنه جمع هذين النوعين من الجاذبية في ذهنه. منذ تلك اللحظة التاريخية ، لم يعد التقسيم المصطنع والزائف للأرض وبقية الكون من الوجود.

وهكذا تم اكتشاف قانون الجاذبية الكونية ، وهو أحد القوانين العالمية للطبيعة. وفقًا للقانون ، تتجاذب جميع الأجسام المادية بعضها البعض ، ولا يعتمد حجم قوة الجاذبية على الخصائص الكيميائية والفيزيائية للأجسام ، أو على حالة حركتها ، أو على خصائص البيئة التي توجد فيها الأجسام. . تتجلى الجاذبية على الأرض ، أولاً وقبل كل شيء ، في وجود الجاذبية ، والتي تنتج عن جذب أي جسم مادي للأرض. يرتبط بهذا المصطلح "الجاذبية" (من الجاذبية الأرضية - الجاذبية) ، ما يعادل مصطلح "الجاذبية".

ينص قانون الجاذبية على أن قوة الجاذبية بين نقطتين مادتين كتلتهما m1 و m2 ، مفصولة بمسافة R ، تتناسب مع كلتا الكتلتين وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما.

تم التعبير عن فكرة قوة الجاذبية العالمية بشكل متكرر حتى قبل نيوتن. في السابق ، فكر في الأمر Huygens و Roberval و Descartes و Borelli و Kepler و Gassendi و Epicurus وآخرون.

وفقًا لافتراض كبلر ، تتناسب الجاذبية عكسًا مع المسافة إلى الشمس وتمتد فقط في مستوى مسير الشمس ؛ اعتبره ديكارت نتيجة دوامات في الأثير.

ومع ذلك ، كانت هناك تخمينات بالاعتماد الصحيح على المسافة ، ولكن قبل نيوتن ، لم يكن أحد قادرًا بشكل واضح وقاطعي على ربط قانون الجاذبية (قوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة) وقوانين حركة الكواكب (كبلر) القوانين).

في عمله الرئيسي "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" (1687) اشتق إسحاق نيوتن قانون الجاذبية ، بناءً على القوانين التجريبية لكبلر ، المعروفة في ذلك الوقت.
أظهر أن:

• • تشهد الحركات المرصودة للكواكب على وجود قوة مركزية ؛
  • على العكس من ذلك ، فإن القوة المركزية للجاذبية تؤدي إلى مدارات إهليلجية (أو زائدية).

على عكس فرضيات أسلافها ، كان لنظرية نيوتن عددًا من الاختلافات المهمة. لم ينشر السير إسحاق الصيغة المقترحة لقانون الجاذبية الكونية فحسب ، بل اقترح نموذجًا رياضيًا كاملاً:

• • قانون الجاذبية
  • قانون الحركة (قانون نيوتن الثاني) ؛
  • نظام طرق البحث الرياضي (التحليل الرياضي).

مجتمعة ، هذا الثالوث كافٍ لاستكشاف الحركات الأكثر تعقيدًا للأجرام السماوية ، وبالتالي إنشاء أسس الميكانيكا السماوية.

لكن إسحاق نيوتن ترك مسألة طبيعة الجاذبية مفتوحة. لم يتم شرح افتراض الانتشار الفوري للجاذبية في الفضاء (أي الافتراض أنه مع تغيير مواقع الأجسام تتغير قوة الجاذبية بينهما على الفور) ، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بطبيعة الجاذبية. لأكثر من مائتي عام بعد نيوتن ، اقترح الفيزيائيون طرقًا مختلفة لتحسين نظرية نيوتن في الجاذبية. لم تتوج هذه الجهود بالنجاح حتى عام 1915 نظرية النسبية العامة لأينشتاين حيث تم التغلب على كل هذه الصعوبات.

في مقرر الفيزياء للصف السابع ، درست ظاهرة الجاذبية العامة. يكمن في حقيقة أن هناك قوى جذب بين جميع الأجسام في الكون.

توصل نيوتن إلى استنتاج حول وجود قوى جاذبية عالمية (تسمى أيضًا قوى الجاذبية) نتيجة لدراسة حركة القمر حول الأرض والكواكب حول الشمس.

لا تكمن ميزة نيوتن فقط في تخمينه اللامع حول الانجذاب المتبادل للأجسام ، ولكن أيضًا في حقيقة أنه كان قادرًا على إيجاد قانون تفاعلهم ، أي صيغة حساب قوة الجاذبية بين جسمين.

يقول قانون الجاذبية:

• ينجذب أي جسمين لبعضهما البعض بقوة تتناسب طرديا مع كتلة كل منهما وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما

حيث F هي وحدة متجه قوة الجاذبية بين الأجسام ذات الكتل m 1 و m 2 ، r هي المسافة بين الأجسام (مراكزهم) ؛ G هو المعامل الذي يسمى ثابت الجاذبية.

إذا كانت m 1 \ u003d m 2 \ u003d 1 kg و g \ u003d 1 m ، إذن ، كما يتضح من الصيغة ، فإن ثابت الجاذبية G يساوي عدديًا القوة F. وبعبارة أخرى ، ثابت الجاذبية يساوي عدديًا للقوة F جذب جسمين كتلتهما 1 كجم يقعان على مسافة 1 متر. القياسات تظهر ذلك

G \ u003d 6.67 10-11 نانومتر 2 / كجم 2.

تعطي الصيغة نتيجة دقيقة عند حساب قوة الجاذبية العامة في ثلاث حالات: 1) إذا كانت أبعاد الأجسام صغيرة بشكل مهم مقارنة بالمسافة بينهما (الشكل 32 ، أ) ؛ 2) إذا كان كلا الجسمين متجانسين ولهما شكل كروي (الشكل 32 ، ب) ؛ 3) إذا كان أحد الأجسام المتفاعلة عبارة عن كرة ، فإن أبعادها وكتلتها أكبر بكثير من حجم الجسم الثاني (بأي شكل) الموجود على سطح هذه الكرة أو بالقرب منها (الشكل 32 ، ج).

أرز. 32. الشروط التي تحدد حدود انطباق قانون الجاذبية العالمية

الحالة الثالثة من الحالات التي تم النظر فيها هي الأساس لحساب قوة الانجذاب إلى الأرض لأي من الأجسام الموجودة عليها باستخدام الصيغة المذكورة أعلاه. في هذه الحالة ، يجب أن يؤخذ نصف قطر الأرض على أنه المسافة بين الأجسام ، لأن أبعاد جميع الأجسام الموجودة على سطحه أو بالقرب منه لا تذكر مقارنة بنصف قطر الأرض.

وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، فإن التفاحة المعلقة على فرع أو السقوط منه مع تسارع السقوط الحر تجذب الأرض إلى نفسها بنفس معامل القوة التي تجذبها بها الأرض. لكن تسارع الأرض ، الناجم عن قوة جاذبيتها للتفاحة ، يقترب من الصفر ، لأن كتلة الأرض أكبر بما لا يقاس من كتلة التفاحة.

أسئلة

1. ما كان يسمى الجاذبية العالمية؟
2. ما هو الاسم الآخر لقوة الجاذبية؟
3. من وفي أي قرن اكتشف قانون الجاذبية الكونية؟
4. صياغة قانون الجاذبية الكونية. اكتب صيغة تعبر عن هذا القانون.
5. في أي الحالات يجب تطبيق قانون الجاذبية العامة لحساب قوى الجاذبية؟
6. هل الأرض تنجذب إلى تفاحة معلقة على فرع؟

تمرين 15

1. أعط أمثلة على مظاهر قوة الجاذبية.
2. المحطة الفضائية تطير من الأرض إلى القمر. كيف تتغير وحدة متجه قوة جاذبيتها للأرض في هذه الحالة ؛ إلى القمر؟ هل تنجذب المحطة إلى الأرض والقمر بنفس قوى المعامل أو مختلفة عندما تكون في المنتصف بينهما؟ إذا كانت القوى مختلفة ، فأيهما أكبر وكم مرة؟ برر كل الإجابات. (من المعروف أن كتلة الأرض تبلغ حوالي 81 ضعف كتلة القمر).
3. من المعروف أن كتلة الشمس تساوي 330 ألف ضعف كتلة الأرض. هل صحيح أن الشمس تسحب الأرض بقوة أكبر بمقدار 330 ألف مرة من سحب الأرض للشمس؟ اشرح الجواب.
4. تحركت الكرة التي ألقى بها الصبي إلى أعلى لبعض الوقت. وفي نفس الوقت كانت سرعته تتناقص طوال الوقت حتى أصبحت مساوية للصفر. ثم بدأت الكرة في السقوط بسرعة متزايدة. اشرح: أ) ما إذا كانت قوة الجذب للأرض قد أثرت على الكرة أثناء حركتها لأعلى ؛ الطريق؛ ب) سبب انخفاض سرعة الكرة عندما تتحرك لأعلى ؛ زيادة سرعته عند التحرك لأسفل ؛ ج) لماذا عندما تتحرك الكرة لأعلى ، تنخفض سرعتها ، وعندما تتحرك للأسفل تزداد.
5. هل الشخص الواقف على الأرض ينجذب إلى القمر؟ إذا كانت الإجابة بنعم ، فما الذي جذبها أكثر - إلى القمر أم إلى الأرض؟ هل القمر ينجذب لهذا الشخص؟ برر الإجابات.