Co je gravitace a jaký je její význam pro život na Zemi

Sedmnácté století není bez důvodu nazývané století velkých astronomických objevů. Dlouhodobé pozorování Galilea, Koperníka a Tycha Braheho umožnily Johanu Keplerovi vytvořit zákony pohybu nebeských těles. Aby vysvětlil, proč jsou planety v nekonečném pohybu, co jim způsobuje, že zůstanou na jejich oběžné dráze a co je to gravitace, trvalo to geniální - Isaac Newton.

Hypotézy geniální

Isaac Newton formuloval své zákony o pohybu ne pro teorii, ale pro praktickou aplikaci. Shrnující údaje o trvalých astronomických pozorováních a díky jeho pohybovým zákonům byl tento vědec schopen odpovědět na otázku, která zmátla více než jednu generaci vědců: "Co udržuje planety v jejich oběžných drahách?" Vskutku předtím Newton vědci předložili různé předpoklady - od křišťálových koulí k magnetické kapaliny. Děkuji První zákon Newtona bylo zřejmé, že síla není potřebná pro rovnoměrný přímočarý pohyb. Síla je nutná k tomu, aby se planety posunuly v křivočelné oběžné dráze. Použijeme-li silový vzorec z druhého zákona Newtona, pak se bude rovnat výsledku zrychlení hmotností. Newton dospěl k závěru, že zrychlení by mělo být rovné v ² / R. Takže lehčí nebeské tělo, například Měsíc se bude otáčet kolem těžšího, ale nikdy se k němu nedostane. Toto může být myšleno na to, že klesá z tečny do kruhu na samotný kruh. V bodě kontaktu může být rychlost konstantní nebo rovna nule, ale je vždy přítomno zrychlení. Konstantní pohyb v dané oběžné dráze bez absence viditelného zrychlení - to je Newtonova odpověď na otázku o pohybu planet.

Atrakce

Takže Měsíc se pohybuje kolem Země a Země - kolem Slunce, poslouchat určitou sílu. Genialita Newtonu se projevila ve skutečnosti, že kombinoval gravitační sílu nebeských těles s gravitací, která je známa všem obyvatelům Země. Existuje legenda, že pravidelné jablko, které padlo na jeho hlavu, bylo posunuto k správným závěrům Newtona. Přitažlivost jablka a měsíce na Zemi je popsána podle naprosto totožných zákonů - dospěl výzkumník k závěru. Gravity získalo své druhé jméno od slova "gravis", což znamená "váhu".

Závažnost

Shrnout zákony pohybu planet, Newton zjistil, že síla jejich interakce může být vypočtena podle vzorce:

Kde m ₁ m ₂ jsou hmoty interakčních těles, R je vzdálenost mezi nimi a G je určitý koeficient proporcionality nazvaný gravitační konstanta. Slovo "gravitace" je vybráno naprosto správně, protože pochází ze slova "váha". Přesný počet konstant Newtonu nebyl znám, mnohem později hodnota G založila Cavendish. Je vidět, že masy ovlivňují působení síly přitažlivosti a je vzata v úvahu vzdálenost mezi nimi. Žádné jiné faktory nemohou ovlivňovat gravitační sílu.

Význam práva přitažlivosti

Tento zákon je univerzální a může být aplikován na jakákoli dvě těla, která mají hmotu. V případě, kdy je hmotnost jednoho interagujícího těla mnohem větší než hmotnost druhého, můžeme hovořit o konkrétním případě gravitační síly, pro kterou existuje zvláštní termín "gravitace". Tento koncept se používá pro problémy, které vypočítají sílu gravitace na Zemi nebo jiných nebeských tělech. Pokud nahradíme hodnotu gravitace ve vzorci druhého zákona Newtona, získáme hodnotu F = ma. Zde a je zrychlení gravitace, která způsobuje, že se tělo snaží směrem k sobě navzájem. V úlohách spojených s používáním gravitační zrychlení to je obvykle označeno písmem g. S pomocí integrovaného počtu, který vyvinul, Newton dokázal matematicky, že síla gravitace v míči je vždy soustředěna ve středu většího těla. V páru jablka-země je vektor zrychlení nasměrován směrem ke středu země, v páru Země-slunce směřuje ke slunci a tak dále.

Závislost gravitace na zeměpisné šířce

Gravitace na Zemi závisí na výšce těla pod povrchem planety a na zeměpisné šířce, ve které se experiment provádí. Výška těla ovlivňuje hodnotu R, jak je vidět, čím dál vzdálenější od povrchu Země, tím menší je hodnota g. Spojení gravitace s šířkou je vysvětleno tím, že Země je tvarována jako geoid, nikoliv koule. U tyčí je to trochu zploštělé. Proto je vzdálenost od středu Země k rovníku a pólu odlišná - až 10%. Takový nesoulad provádí výpočty, například výpočty mezikontinentálních nákladu, poněkud nepohodlné. Proto je indikátor založen na síle přitažlivosti ve středních zeměpisných šířkách 9,81 m / s ² .

Tělesná hmotnost

V každodenním životě se široce používá tělesná hmotnost. Ve fyzice je označen písmenem P. Hmotnost je síla, s níž tělo tlačí proti podpěře. V domácím pojetí hmotnosti je často nahrazena koncepcí "hmoty", i když jsou to zcela odlišné hodnoty. V závislosti na hodnotě gravitace se mění i váha těla. Například váha části olova na Zemi a Měsíci se bude lišit. Ale hmota zůstává nezměněna jak na Zemi, tak na Měsíci. Navíc v některých případech může být tělesná hmotnost nula. Hmotnost je hodnota, která má směr a hmotnost je skalární.

Ale protože podle Newtonova třetího zákona se akce rovná opozici, váha těla se rovná síle podpůrné reakce.

Vzhledem k tomu, že reakční síla jednoduché podpěry je obtížně měřitelná, zkušenost může být "obrácena" zavěšením tělesa na pružině a měřením stupně protažení této pružiny. V tomto případě bude mít síla protažení pružiny zatížení zcela logickou hodnotu F = mg, kde m je hmotnost a g je zrychlení gravitace.

Přetížení

Pokud se zvedne zatížení s pružinou, zrychlení gravitace a zrychlení výtahu bude směrováno v opačných směrech. Toto může být reprezentováno následujícím způsobem: F = m (g + a). Gravitace a podle toho i její hmotnost se zvyšují.

Pro zvýšení hmotnosti spojené s dalším zrychlením existuje speciální termín - přetížení. Účinky přetížení zaznamenala každá z nás, když vezla výtah nebo nastoupila na letoun. Kosmonauté a piloti nadzvukových letadel mají obzvlášť těžké přetížení při odletu svých letadel.

Těsnost

Když tělo dostane zrychlení ve směru gravitace, tedy v našem případě pak F = m (ga). Takže tělesná hmotnost se stává méně. V omezujícím případě, když a = g a jsou nasměrovány v různých směrech, lze mluvit o nulové hmotnosti, tzn. Že tělo klesá s konstantní rychlostí. Stav, kdy je tělesná hmotnost nulová, se nazývá beztížnost. Osoba zažívá stav nulové gravitace v kosmické lodi, když se pohybuje s vypnutými motory. Beztížnost je běžná podmínka pro astronauty a piloty létající nadzvukové letouny.

Hodnota gravitace

Bez gravitace by nebylo mnoho věcí, které by nám připadaly přirozené, věci by nepadaly jako lavina z hor, nepršelo by, řeky by neběžely. Zemská atmosféra je zachována gravitací. Pro srovnání, planety s menší hmotností, jako je Měsíc nebo Merkur, ztratily atmosféru velmi rychle a zůstaly bezbranné proti toku tvrdého kosmického záření. Atmosféra Země hrála zásadní roli při vzniku života na Zemi, jeho modifikaci a zachování.

Kromě gravitace působí síla gravitace Měsíce na Zemi. Díky svému blízkému okolí (na kosmickém měřítku) na Zemi jsou přísady a proudy, posun kontinentů a mnohé biologických rytmů se shodují s měsíčním kalendářem.

Tudíž gravitace nesmí být považována za nepříjemnou překážku, ale za užitečný a nezbytný zákon přírody.