Newton gravitációs törvényének alapelvei

Newton a gravitáció törvénye meghatározza a vonzó erő az összes tárgy között, amely rendelkezik tömeg. A gravitációs törvény megértése, az egyik a fizika alapvető erői, mély betekintést nyújt az univerzum működésébe.

A híres történet Isaac Newton azzal a gondolattal állt elő a gravitációs törvényre, hogy egy almát esett a fejére, nem igaz, bár anyja farmjában kezdte gondolkodni a kérdésről, amikor meglátta, hogy egy alma esik a földről fa. Azon tűnődött, vajon ugyanaz az erő az almán dolgozik-e a Holdon is. Ha igen, miért esett az alma a földre, nem pedig a holdra?

Vele együtt Három mozgás törvény, Newton szintén körvonalazta a gravitációs törvényét az 1687-es könyvben Philosophiae naturalis principiahematica (a természetes filozófia matematikai alapelvei), amelyet általában a Principia.

Johannes Kepler (német fizikus, 1571-1630) három törvényt dolgozott ki az akkori öt ismert bolygó mozgására. Nem volt elméleti modellje az e mozgalmat irányító elveknek, inkább kísérleti és hibás eredményekkel valósította meg őket tanulmányai során. Newton munkája majdnem egy évszázaddal később az volt, hogy átvegye az általa kidolgozott mozgási törvényeket, és alkalmazza azokat a bolygómozgásra, hogy szigorú matematikai keretet dolgozzon ki erre a bolygómozgásra.

Newton végül arra a következtetésre jutott, hogy valójában az almát és a holdot ugyanaz az erő befolyásolja. Ezt az erõs gravitációt (vagy gravitációt) nevezte a latin szó után gravitas ami szó szerint "nehézség" vagy "súly".

Ban,-ben Principia, Newton a következőképpen határozta meg a gravitációs erőt (a latinul lefordítva):

Az univerzumban az anyag minden részecskéje egyenesen arányos erővel vonzza a többi részecskét a részecskék tömegének szorzata és fordítottan arányos a közti távolság négyzetével őket.

Matematikailag ez az erő egyenletké alakul:

F_G = Gm₁m₂/ r²

Ebben az egyenletben a mennyiségeket a következőképpen kell meghatározni:

• F_g = Gravitációs erő (általában newtonban)
• G = A gravitációs állandó, amely hozzáteszi az arányosság megfelelő szintjét. Az értéke G értéke 6,667259 x 10^-11 N * m² / kg², bár az érték megváltozik, ha más egységeket használunk.
• m₁ & m₁ = A két részecske tömege (jellemzően kilogrammban)
• r = A két részecske közötti egyenes távolság (általában méterben)

Ez az egyenlet adja meg az erő nagyságát, amely vonzó erő, ezért mindig irányított felé a másik részecske. Newton harmadik mozgás törvényének megfelelően ez az erő mindig egyenlő és ellentétes. Newton három mozgás törvénye megadja az eszközöket az erő által okozott mozgás értelmezéséhez, és látjuk, hogy a részecske a kevesebb tömeg (amely sűrűségüktől függően lehet a kisebb részecske is, de lehet, hogy nem gyorsabb), mint a másik részecske. Ez az oka annak, hogy a fényes tárgyak lényegesen gyorsabban esnek a Földre, mint a Föld. Ennek ellenére a fényobjektumra és a Földre ható erő azonos nagyságrendű, bár nem úgy néz ki.

Fontos megjegyezni, hogy az erő fordítottan arányos a tárgyak közötti távolság négyzetével. Ahogy a tárgyak egymástól távolabb esnek, a gravitációs erő nagyon gyorsan esik le. A legtöbb távolságban csak nagyon nagy tömegű tárgyak, például bolygók, csillagok, galaxisok és fekete lyukak bármilyen jelentős gravitációs hatása van.

Egy objektumban, amely: sok részecske, minden részecske kölcsönhatásba lép a másik objektum minden részecskéjével. Mivel tudjuk, hogy ezek az erők (beleértve a gravitációt is) vannak vektormennyiségek, úgy tekinthetjük, hogy ezek az erők alkotóelemei vannak a két tárgy párhuzamos és merőleges irányában. Egyes tárgyakban, például az egyenletes sűrűségű gömbökben a merőleges erőkomponensek kiiktatják egymást, így a tárgyakat úgy kezelhetjük, mintha pontszerű részecskék lennének, és csak a köztük lévő köztes erővel érintkeznének.

A tárgy súlypontja (amely általában azonos a tömegközponttal) hasznos ezekben a helyzetekben. A gravitációt úgy tekintjük, és a számításokat úgy végezzük, mintha a tárgy teljes tömege a gravitációs középpontba kerülne. Egyszerű alakban - gömbök, körlemezek, téglalap alakú lemezek, kockák stb. - ez a pont az objektum geometriai középpontjában található.

Ez idealizált modell a gravitációs interakciót a legtöbb gyakorlati alkalmazásban alkalmazni lehet, bár néhány ezoterikusabbban is Olyan helyzetekben, mint például a nem egységes gravitációs mező, további gondozásra lehet szükség pontosság.

• Newton gravitációs törvénye
• Gravitációs mezők
• Gravitációs potenciális energia
• Gravitáció, kvantumfizika és általános relativitás

Sir Isaac Newton az egyetemes gravitáció törvénye (azaz a gravitációs törvény) újraformálható egy gravitációs mező, amely hasznos eszköznek bizonyulhat a helyzet áttekintésében. Ahelyett, hogy minden alkalommal kiszámítanánk a két objektum közötti erőket, inkább azt mondjuk, hogy egy tömegű objektum gravitációs mezőt hoz létre körülötte. A gravitációs mezőt úgy definiálják, mint a gravitációs erőt egy adott ponton, elosztva egy tárgy adott pont tömegével.

Mindkét g és Fg felettük vannak nyilak, amelyek jelzik a vektor jellegét. A forrás tömege M most nagybetűvel szerepel. Az r a jobb szélső két képlet végén egy karát (^) van, ami azt jelenti, hogy egységvektor a tömeg forráspontjától való irányba M. Mivel a vektor a forrástól távolabb van, míg az erő (és a mező) a forrás felé irányul, negatív kerül bevezetésre, hogy a vektorok a megfelelő irányba mutatjanak.

Ez az egyenlet a vektor mező körül M amely mindig felé mutat, amelynek értéke megegyezik a tárgy gravitációs gyorsulásával a terepen belül. A gravitációs mező mértékegysége m / s2.

• Newton gravitációs törvénye
• Gravitációs mezők
• Gravitációs potenciális energia
• Gravitáció, kvantumfizika és általános relativitás

Amikor egy objektum egy gravitációs mezőben mozog, meg kell dolgozni annak egyik helyről a másikra történő áthelyezéséhez (1. kezdőpont és 2. végpont). A kalkulus segítségével az erő integrálását vesszük a kiindulási helyzetből a véghelyzetbe. Mivel a gravitációs állandók és a tömegek állandóak maradnak, az integrál csak az 1 / r2 szorozva az állandókkal.

Meghatározzuk a gravitációs potenciális energiát, U, oly módon, hogy W = U1 - U2. Ez jobbra adja az egyenletet a Föld számára (tömeggel) nekem. Más gravitációs térben, nekem természetesen helyébe a megfelelő tömeg lépne.

A Földön, mivel tudjuk az érintett mennyiségeket, a gravitációs potenciális energiát U a tömeg szempontjából egyenletre redukálható m egy tárgy, a gravitáció gyorsulása (g = 9,8 m / s), és a távolság y a koordináta eredete felett (általában a föld egy gravitációs probléma esetén). Ez az egyszerűsített egyenlet eredménye gravitációs potenciális energia nak,-nek:

U = mgy

Van néhány további részlet a gravitáció Földön történő alkalmazásáról, de ez a releváns tény a gravitációs potenciális energia szempontjából.

Figyelem, ha r nagyobb lesz (egy objektum magasabb lesz), a gravitációs potenciális energia növekszik (vagy kevésbé negatívvá válik). Ha az objektum alacsonyabban mozog, közelebb kerül a Földhöz, így a gravitációs potenciális energia csökken (negatívvá válik). Végtelen különbség esetén a gravitációs potenciál energia nullára megy. Általában valójában csak a különbség a potenciális energiaban, amikor egy objektum a gravitációs mezőben mozog, tehát ez a negatív érték nem jelent aggodalmat.

Ezt a képletet alkalmazzák az energia számításában a gravitációs mezőn belül. Az energia egyik formájaként a gravitációs potenciális energiára az energiamegtakarítás törvénye vonatkozik.

Gravitációs index:

• Newton gravitációs törvénye
• Gravitációs mezők
• Gravitációs potenciális energia
• Gravitáció, kvantumfizika és általános relativitás

Amikor Newton bemutatta a gravitációs elméletét, nem volt mechanizmusa az erő működésére. A tárgyak egymást óriási üres helyek mentén húzták át, amelyek mindent ellentmondanak a tudósok elvárásainak. Több mint két évszázad múlva lenne az elméleti keret megfelelő magyarázata miért Newton elmélete valóban működött.

Az ő Az általános relativitáselmélet, Albert Einstein a gravitációt a téridő görbületével magyarázta bármilyen tömeg körül. A nagyobb tömegű tárgyak nagyobb görbületet okoztak, és így nagyobb gravitációs vonzást mutattak. Ezt támasztja alá olyan kutatás, amely megmutatta, hogy a fény valóban görbékben hatalmas tárgyak, például a nap körül van az elmélet megjósolja, mivel maga a tér ezen a ponton görbe, és a fény a legegyszerűbb utat fogja követni hely. Az elmélet részletesebb, de ez a fő szempont.

A jelenlegi erőfeszítések kvantumfizika megpróbálják egyesíteni az összes a fizika alapvető erői egyetlen egységes erővé, amely különféle módon nyilvánul meg. Eddig a gravitáció bizonyította a legnagyobb akadályt az egységes elméletbe való beépítésnél. Ilyen kvantum gravitáció elmélete végül egyesítené az általános relativitáselméletet a kvantummechanikával egyetlen, zökkenőmentes és elegáns nézetbe, amely szerint az összes természet a részecske kölcsönhatás egyik alaptípusa alatt működik.

A kvantum gravitáció, elmélet szerint létezik egy a. nevű virtuális részecske graviton amely közvetíti a gravitációs erőt, mert így működik a másik három alapvető erő (vagy egy erő, mivel lényegében már egyesültek). A gravitont azonban kísérletileg nem figyelték meg.

Ez a cikk a gravitáció alapelveiről szól. A gravitáció beépítése a kinematika és a mechanikai számításokba elég egyszerű, ha megérti, hogyan kell értelmezni a gravitációt a Föld felszínén.

Newton fő célja a bolygómozgás magyarázata volt. Mint korábban említettük, Johannes Kepler Newton gravitációs törvényének felhasználása nélkül kidolgozta a bolygómozgás három törvényét. Kiderül, hogy teljesen konzisztensek, és minden Kepler törvényét be lehet bizonyítani Newton egyetemes gravitációs elméletének alkalmazásával.