Zákon světa: fyzika

Zákon univerzálního vnímání byl objeven Newtonem v roce 1687 při studiu pohybu satelitu Měsíce kolem Země. Anglický fyzik jasně formuloval postulát charakterizující síly přitažlivosti. Kromě toho, analýza zákonů Keplera, Newtona vypočítala, že síly přitažlivosti musí existovat nejen na naší planetě, ale také v prostoru.

Pozadí

Zákon světa se nenarodil spontánně. Od starověku lidé studovali oblohu, především pro sestavování zemědělských kalendářů, výpočet důležitých dat, svátky. Pozorování ukázala, že ve středu "světa" je slunce (Slunce), kolem něhož se nebeské těleso otáčí v oběžné dráze. Následně dogmatické církve neumožnily, aby to bylo zváženo a lidé ztratili znalosti nahromaděné po tisíce let.

V 16. století, před vynálezem dalekohledů, se objevila galaxie astronomů, která vědecky hleděla na oblohu a vyhazovala zákazy církve. T. Brahe, který mnoho let pozoroval vesmír, systematicky systematizoval pohyby planet. Tyto velmi přesné údaje pomohly I. Keplerovi později objevit tři jeho zákony.

V době objasnění (1667) Isaacem Newtonem o astronomickém zákoně byl nakonec založen heliocentrický systém světa N. Koperníka. Podle něho se každá planeta systému otáčí kolem oběžníku na oběžných drahách, což s přiblížením dostatečným pro mnoho výpočtů může být považováno za kruhové. Na počátku XVII století. I. Kepler, analyzující díla T. Brahe, vytvořil kinematické zákony charakterizující pohyby planet. Objev se stal základem pro objasnění dynamiky pohybu planet, tedy sil, které přesně určují tento druh pohybu.

Popis interakce

Na rozdíl od krátkodobých slabých a silných interakcí mají gravitační a elektromagnetické pole vlastnosti s dlouhým dosahem: jejich vliv se projevuje na gigantických vzdálenostech. Dvě síly působí na mechanické jevy v makrokosmu: elektromagnetické a gravitační. Dopad planet na satelity, let opuštěného nebo zanedbaného objektu, plavání těla v tekutině - gravitační síly působí v každém z těchto jevů. Tyto objekty jsou přitahovány k planetě, k ní, odtud název "zákon světa".

Je dokázáno, že mezi fyzickými těly působí síla vzájemné přitažlivosti nepochybně. Takové jevy, jako je pád předmětů na Zemi, rotace Měsíce, planety kolem Slunce, vyskytující se pod působením síly univerzální přitažlivosti, se nazývají gravitace.

Zákon světa: vzorec

Celosvětově formulované takto: všechny dva hmotné objekty se navzájem přitahují určitou silou. Velikost této síly je přímo úměrná výsledku hmotností těchto objektů a nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi nimi:

Ve vzorci m1 a m2 jsou hmoty zkoumaných hmotných objektů; r je vzdálenost určená mezi centry hmoty sídelní objekty; G je konstantní gravitační veličina, vyjadřující sílu, s níž se uskutečňuje vzájemná přitažlivost dvou objektů o hmotnosti 1 kg, umístěných mezi sebou ve vzdálenosti 1 m.

Gravitační konstanta experimentálně stanoveno. Britský vědec Henry Cavendish dokázal provést výpočty pomocí speciálního dynamometru - torzních závaží. Ukázalo se, že hodnota G = (6,673 ± 0,003) · 10 ^-11 N · m ² · kg ^{- 2} v MCE (Mezinárodní systém jednotek).

Nuance výpočtů

Zákon Isaaca Newtona patří do tzv. Klasické mechaniky (tradiční fyziky) a ne vždy přesně odráží interakce na mikro úrovni (v "nové" fyzice). Proto zákon univerzálního Newtonu byl aplikován pouze pro hmotné body (objekty). Síla přitažlivosti, která nastává mezi dvěma objekty, může být určena výše uvedeným vzorem v následujících případech:

• Pokud jsou obě těla homogenní objekty, pak r je známá vzdálenost mezi středy objektů; m1, m2 - hmoty objektů.
• Jedno z těl je hmotným bodem (předmětem) a druhým je homogenní koule, pak m1 je hmotnost bodu, m2 je míč, r je známá vzdálenost mezi středy hmoty.

Pole

Dvě síly interakce, které působí na každý z interaktivních objektů, jsou stejné velikosti, zatímco opačné ve směru, v souladu s Newtonovým zákonem (zákon vzájemného působení dvou hmotných bodů). Síly jsou směrovány podél přímky, která spojuje obě hmotné body - jsou nazývány centrálně. Gravitační interakce mezi těmito objekty se provádí agresivním polem. V každém bodě gravitačního pole je objekt umístěný v něm ovlivněn gravitací, která je úměrná hmotnosti tohoto objektu. Gravitace nezávisí na prostředí, ve kterém se nachází předmět, který je předmětem studia (tělo, bod).

Pole má určitou vlastnost - při přenášení objektu určité hmotnosti (m) mezi různými body gravitačního pole, vliv gravitace nebude záviset na trajektorii objektu, ale bude záviset pouze na poloze v gravitačním poli počátečního a konečného bodu pohybu objektu. Síly mající podobné vlastnosti byly nazývány konzervativní a pole s působením takových sil byla potenciální.

Gravitace v kosmické míře

Isaac Newton dokázal, že zákon o světové šíři, jehož definice má klasická mechanika, je také relevantní v astronomických výpočtech. Integrální charakteristika gravitačního zákona je koncept gravitace - síla, s níž je předmět přitahován agresivním polem. Tato definice je relevantní pro všechny prostorové objekty.

Typicky se gravitační hodnota (Ft) vypočítá pomocí jednoduchého vzorce: Ft = mg, tj. Hmotnost objektu (m) zvýšeného nad povrchem Země se vynásobí koeficientem gravitačního zrychlení (g). Na zemském povrchu je známý koeficient g, je-li zaoblený, rovná se 9,8 m / s². Ale výpočty jsou nepřesné, pokud je objekt umístěn ve značné vzdálenosti od roviny Země. V této situaci koeficient g není předem znám a Newtonova fyzika zde přijde na záchranu. Zákon světové šíře umožňuje vypočítat gravitaci i pro vzdálené objekty (například Měsíc, satelity, meteority atd.), Pokud je vzdálenost mezi tělem a Zemí známa.

Příklad výpočtu

Umístěte jej ve výšce h nad zemí, jejíž poloměr je Rc, a hmotnost je Mc, předmět hmoty m. Mezi objektem a Zemi působí stejná síla světové síly:

V tomto případě se Ft nazývá gravitační síla - síla přitažlivosti objektu, který Země zkoumá (přesněji složkou této síly). Tato síla dává předmětu zrychlení volného pádu. Může se vypočítat takto: Ft = G · (Mc · m / r²), kde r = Rc + h je vzdálenost od objektu k středu Země, G je gravitační konstanta.

Pokud budeme studovat vzorec, bude zřejmé, že čím vyšší předmět studie nad rovinou planety, tím méně a méně gravitace. To znamená, že gravitační pole planety vzrůstá, když se blíží k jeho středu.

Impaktní vlastnosti

Kvůli každodennímu otáčení Země nebo jiné planety kolem osy se gravitační síla a síla gravitace pro stejný objekt liší v modulu a směru. Síla přitažlivosti (gravitační síla) je vždy směrována podél poloměru do středu Země, síla gravitace Ft - podél olověné linie k středu Země.

Síla přitažlivosti závisí na hodnotách zeměpisné šířky. Důvodem této závislosti je to, že libovolné tělo, které je v klidu vůči Zemi, se účastní každodenní rotace, a proto když se pohybuje kolem osy v kruhu, tělo je ovlivněno přitažlivou silou a reakční silou nasměrovanou pod určitým úhlem. Výsledkem těchto sil a tělem centrální zrychlení.

Co určuje sílu gravitace

Zákon světa působí jinak, v závislosti na regionu. Vzhledem k tomu, že síla přitažlivosti závisí na hodnotě zeměpisné šířky na určitém místě, je zrychlení volného pádu podobně charakterizováno odlišnými hodnotami na různých místech. Maximální hodnota je gravitační, gravitační zrychlení má na pólech Země - síla gravitace v těchto bodech se rovná síle přitažlivosti. Minimální hodnoty budou na rovníku.

Světlo je mírně zploštělé, polární poloměr je menší než poloměr rovníku asi o 21,5 km. Tato závislost je však méně významná ve srovnání s každodenní rotací Země. Výpočty ukazují, že z důvodu zploštění Země na rovníku je zrychlení volného pádu o něco méně než jeho hodnota na sloupu o 0,18% a denní rotace o 0,34%.

Avšak na stejném místě Země je úhel mezi směrovými vektory malý, takže rozdíl mezi gravitační silou a gravitací je nevýznamný a ve výpočtech může být opomíjen. To znamená, že můžeme předpokládat, že moduly těchto sil jsou stejné - zrychlení volného pádu poblíž povrchu Země je všude stejné a je přibližně 9,8 m / s².

Závěr

Isaac Newton byl vědec, který se dopustil vědecká revoluce kompletně přestavěli principy dynamiky a na základě nich vytvořili vědecký obraz světa. Jeho objev ovlivnil vývoj vědy, vytvoření hmotné a duchovní kultury. Osud Newtonu spadla výzvu k revizi výsledků myšlenek o světě. V 17. století. Vědci dokončili velkolepou práci při budování základů nové vědy - fyziky.