Сила тяжести

Сила тяжести Космос

Сила тяжести – это сила, действующая на точку вблизи поверхности любого космического тела. Она состоит из двух слагаемых: величины гравитации (притяжения) объекта и инерции, связанной с вращением этого объекта вокруг своей оси. На нашей планете притяжение действует между телом, находящимся в гравитационном поле Земли и самой Землёй. Оно вместе с электромагнитным, сильным и слабым ядерным взаимодействием считается одним из четырёх фундаментальных сил природы. Вектор притяжения всегда направлен вертикально к любой точке земной поверхности.

История изучения

Многие выдающиеся учёные пытались понять принцип тяготения физических тел к поверхности астрономических объектов. Аристотель считал, что центр Земли притягивает к себе различные стихии (воздух, воду и т. д.). Галилей обнаружил, что ускорение свободно падающих тел не зависит от их веса, и что тело, движущееся по идеально ровной горизонтальной поверхности, не будет ни ускоряться, ни замедляться. Декарт стал автором теории, объясняющей величину притяжения расстоянием до центра Земли. Ньютон открыл закон тяготения, заложил основы физики как современной дисциплины. Эйнштейн написал теорию относительности, его взгляды на основные законы управления Вселенной были изложены в объединённой теории поля, опубликованной в 1953 году.

Cила тяжести mg складывается из гравитационного притяжения планеты GMm/r2 и центробежной силы инерции mω2a.
Cила тяжести mg складывается из гравитационного притяжения планеты GMm/r2 и центробежной силы инерции mω2a.

Исаак Ньютон первым увидел взаимозависимость между массой тела и его притяжением к земле. Великий физик и математик подсчитал, что при увеличении расстояния вдвое, сила тяжести уменьшается в 4 раза, при увеличении втрое – она становится меньше в 9 раз. Именно он стал рассматривать притяжение как частное проявление всемирного закона тяготения. Чтобы проверить свою теорию, Ньютон сравнил между собой два значения – величину ускорения тела возле поверхности Земли и величину ускорения Луны, движущейся по околоземной орбите. Всё дальнейшее развитие науки лишь подтвердило правильность выводов гениального физика.

Ещё фламандский математик Стевин доказал, что коэффициент падения для любого тела одинаков. Исходя из второго закона Ньютона, тело будет ускоряться, только если на него будет оказано какое-то воздействие. Ускорение свободно падающего тела вызывается притяжением Земли, оно незначительно меняется на разной широте и долготе. Обычно ускорение измеряется в метрах на секунду в квадрате. Его стандартное значение равно 9,806 м/с2.

Формула и чему равна

Чему равна сила тяжести? Сила тяжести вычисляется по формуле: Fтяж. = gm, где g – коэффициент ускорения свободного падения, а m – масса тела. Эта формула означает, что скорость падающего тела каждую секунду увеличивается на коэффициент ускорения. Как понять, чему равна сила тяжести, если речь идёт о другом космическом объекте? В этом случае расчёты будут сложнее. Здесь поможет теорема косинусов: P = (F2 + Q2 – 2FQ cos φ) ½ , где φ – координаты места, для которого производится расчёт.

Роль для жизни на Земле

Сила тяжести действует на все окружающие нас предметы:

  • всё, что мы подбрасываем вверх, в результате падает на землю;
  • спутник не улетает в открытый космос, а вращается вместе с планетой;
  • горные реки текут вниз; их движение невозможно повернуть вспять;
  • атмосфера вокруг Земли также удерживается притяжением;
  • осадки падают вниз, а не поднимаются в космос;
  • сила тяжести способствует образованию скелета у живых организмов.

Для возникновения жизни на Земле непременным условием является период вращения планеты вокруг своей оси, который составляет 23 часа 56 минут 4,1 секунды. Если бы Земля вращалась в 17 раз быстрее, то никакая сила тяжести не смогла бы удержать на месте воздух и воду. Все моря и океаны улетели бы в космос, а люди смогли бы существовать только на экваторе, потому что это самая удалённая от земной оси часть планеты. Учёные считают, что человечество не сможет жить на космических объектах, притяжение на которых в три раза сильнее, чем на Земле. Эта сила просто расплющит тело и раздавит все внутренние органы.

Роль в эволюции звёзд

В начале своего рождения звёзды выделяют тепло и свет благодаря ядерной реакции, происходящей внутри.
В конце жизни многие тела превращаются в так называемые чёрные дыры – объекты в космосе, чьё притяжение настолько велико, что ничто не может отделиться от него, даже свет. Чёрная дыра всасывает вещество, включая другие звёзды, из космоса, окружающего её. Вещество, которое попадает в чёрную дыру, неограниченно сжимается в её центре. Определить такие объекты можно только тогда, когда газ, попадающий в них, становится таким горячим, что начинает испускать рентгеновские лучи.
Сила тяжести является одним из главных факторов, которое обеспечивает условия для рождения, жизни и смерти любой звезды.

Методы измерения

Сила тяжести измеряется динамическим и статическим методами. Первый метод основан на изучении поведения тел под воздействием чего-либо, изменяющего их движение. Для этого используется колебание маятника или другого прибора, имеющего груз на конце, свободное падение тела и т. п. При втором методе сила тяжести измеряется путём изучения поведения тела в состоянии покоя и при нарушении его равновесия, которое приводит к изменению в линейном или угловом коэффициенте. Полученные числа могут быть как абсолютными, так и относительными. Абсолютное значение выражается в конкретной цифре, определяющей силу тяготения в заданной точке, а относительное – путём разницы между силой тяжести и другим, изначально данным числом. Динамические вычисления выражаются как абсолютной, так и относительной цифрой, а статические – только относительной.

Оцените статью
Добавить комментарий