Гравитационен потенциал
Горното уравнение води до уравнението за извършената работа при преместване на маса от радиус R до безкрайност, която се получава чрез интегриране на силата на гравитацията върху това разстояние:

Ето защо е свършената работа, когато се движат една маса от безкрайност до радиус R
и това е известно като гравитационна потенциална енергия .
Използване на Земята като пример, работата, извършена в преместване на маса от повърхността на Земята до безкрайност е дадено от:

is the Earth's mass. където G е универсалната гравитационна константа, M е масата на обекта, д R е радиусът на Земята, и м е е земната маса.
Общата теория на относителността
Концепция и количествено определяне на гравитацията на Нютон заема до началото на 20-ти век, когато родения в Германия физик Алберт Айнщайн предлага обща теория на относителността . В тази теория Айнщайн предложи инерционно движение се случва, когато обектите са в свободно падане , вместо, когато те са на почивка по отношение на масивен обект, като на Земята (както е в случая в класическата механика). Проблемът е, че в плоски spacetimes като тези на класическата механика и специалната теория на относителността , няма начин, че инерциални наблюдатели може да се ускори с отношение един към друг, тъй като свободни попадащи на органи може да направи, тъй като всеки от тях се ускоряват към центъра на една масивна обект.
За да се справят с тази трудност, Айнщайн, че пространство-времето е извита от присъствието на материята, и, че свободното падане на предмети вследствие на geodesics на пространство-времето. По-конкретно, Айнщайн открива полевите уравнения на общата теория на относителността, които се отнасят наличието на материята и кривината на пространство-времето. Полевите уравнения на Айнщайн, са набор от 10 едновременни , нелинейни , диференциални уравнения, чиито решения дават компонентите на метричен тензор на пространство-времето. Достъпът на да се изчисли не само на ъгли и разстояния между пространствено-времеви интервали (сегменти), измерени на координати , срещу които на пространство-времето колектор се да бъдат картографирани , но също и на affine-връзка, от която е получена на кривина, като по този начин се описва на пространство-времето на геометрична структура Това метричен тензор е разрешен . Известни решения на уравненията на Айнщайн полеви включват:
Общата теория на относителността се радва на особен успех, защото как нейните предсказания са били редовно потвърди. Например:
Специфика
Земята гравитацията
Областта на Южния океан тежестта
Всеки планетарно тяло, включително и на Земята, е заобиколен от своя гравитационното поле, което оказва привлекателна сила на всеки обект, който попада под неговото влияние. Това поле е пропорционална на масата на тялото и варира обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от тялото. Гравитационното поле е числено равна на ускоряването на обектите по своето влияние, и стойността му в земната повърхност, обозначени грама, е приблизително 9,81 м / сек ² или 32,2 фута / сек ². Това означава, че игнориране на въздушно съпротивление, обект, да паднат в близост до повърхността на земята увеличение на скоростта с 9,81 м / сек (около 22 mph) за всяка секунда от своя произход. По този начин, обект, като се започне от останалата част ще достигне скорост от 9,81 м / сек след една секунда, 19,62 м / сек, след две секунди, и така нататък. Според третото закон на Нютон, самата земя преживява равни и противоположни сила, че действа от падането обект, което означава, че земята се ускорява към обекта. Въпреки това, тъй като масата на земята е огромен, ускоряване на земята от същата тази сила е незначителен.
Уравнения за падащо тяло
При нормални условия, обвързани със земята, когато обектите се движат поради постоянно гравитационната сила набор от кинематични и динамични уравнения описват получените траектории. Например, закон на Нютон за гравитацията опростява F = мг, където М е масата на тялото. Това допускане е разумно за падащи предмети на земята, през сравнително кратки вертикални разстояния от всекидневния ни опит, но е много вярно по-големи разстояния, като траектории на космически кораби, защото ускоряване далеч от повърхността на Земята като цяло няма да бъде грама . Друг пример е израз, който ние използваме за изчисляването на потенциалната енергия на тялото = mgh. Този израз може да се използва само върху малки разстояния от Земята. По същия начин израз за максимална височина, постигнато от вертикално очаква орган, "H = U ^ 2/2g" е полезно за малки височини и малки начални скорости само. В случай на големи начални скорости, ние трябва да се използва принципът за запазване на енергията, за да намерите максималната височина, достигната.
Гравитацията и астрономия
Откриването и прилагането на закона на Нютон за гравитацията сметки за подробна информация, която имаме за планетите в нашата слънчева система, масата на Слънцето, на разстояние до звездите и дори теорията на тъмната материя . Въпреки че не сме пътували до всички планети, нито на слънцето, ние знаем, тяхната маса. Масата се получава чрез прилагане на законите на гравитацията на измерените характеристики на орбитата. В космоса обект поддържа своята орбита, тъй като на силата на тежестта да действат при него. Планетите обикалят звезда, звезди орбита галактически центрове , галактики обикалят центъра на масата в клъстери, и клъстери орбита в superclusters .
Гравитацията срещу гравитацията
Важно е да се отбележи, в някои контексти, че гравитацията не е гравитацията, само по себе си. Гравитацията е явление, независимо от всяка конкретна причина. Някои теоретизират, че е възможно за гравитацията да съществува без сила, в съответствие с общата теория на относителността, че наистина е така. В обща употреба "тежестта" и "гравитация" или се използват взаимозаменяемо, или на Понякога се прави разграничение, че "тежестта" е специално привлекателната сила на земята, докато "гравитация", е обща собственост на взаимното привличане между органите на материята. В техническо приложение "гравитация" е тенденцията на органи, които да ускорят един към друг, и "тежестта" е сила, която някои теории използват, за да обясни това ускорение.
Гравитацията била по-скоро не се разбира добре, докато Исак Нютон формулира своя закон за гравитацията през 17 -ти век . Теорията на Нютон е все още широко се използва за много практически цели, макар и за по-напредналата работа е изместен от общата теория на относителността на Айнщайн . Докато сега е известно много за свойствата на гравитацията, е крайната причина за гравитацията остава открит въпросът и тежестта остава важна тема на научните изследвания.
Приложения
Голям брой механични изобретения зависят по някакъв начин тежестта за тяхното функциониране. Така например, разлика във височините може да предостави полезна диференциално налягане в течна, както и в случай на интравенозно вливане или вода кула . Гравитационната потенциалната енергия на водата може да се използва за генериране на хидроенергетиката, както и да тегли на трамвай нагоре наклон, използвайки система от водни резервоари и шайби; на Линтън и Lynmouth, Клиф Железопътна [1] в Девън , Англия работят точно такава система . Също така, с тегло виси от кабелна над някоя ролка осигурява постоянно напрежение в кабела, включително частта от другата страна на ролката на теглото.
Примери за това са многобройни: например разтопено олово , когато се излива в горната част на един изстрел кула , ще се съединяват в дъжд от сферична оловна съчма, отделяне на първия в капчици, образуващи разтопени сфери и най-накрая замразяване твърдо тяло, подложени на много от същите ефекти като meteoritic tektites , които ще се охлади в сферични, или почти сферични форми в свободно падане . Също така, на фракциониране кула може да бъдат използвани за производството на някои материали чрез отделяне на съществените компоненти, базирани на тяхното специфично тегло . Тегло-ориентирани часовници се захранват от гравитационната потенциалната енергия, и махало часовници зависят от гравитацията, за да се регулира време. Изкуствени спътници са прилагането на гравитацията, която е математически описано в Нютон Principia .
Gravity се използва в геофизично проучване, за да разследва плътност контрасти в земните недра на Земята. Чувствителни гравиметри използват сложна система пролетта и маса (в повечето случаи), за да се измери силата на "надолу" компонент на гравитационната сила в точка. Измерване на много станции върху площ разкрива аномалии, измерени в mGal или microGal (1 галон е 1 см / S ^ 2. Средна гравитационно ускорение е около 981 Гал, или 981000 mGal,,.). След корекции за obliqueness на Земята, кота терен, дрейф инструмент и т.н., тези аномалии разкриват области по-висока или по-ниска плътност в земната кора. Този метод се използва широко в минерални и проучване на нефт, както и моделиране на подземните води на определени интервали от време. Най-новите инструменти са достатъчно чувствителни, за да прочетете гравитационното притегляне на оператора, над тях стои.
Алтернативни теории
Исторически алтернативни теории
Последните теории алтернативни
electrogavitics, magnetogravitics, хармоники гравитацията вълнови: electrogravitics: (напр. вижте книги, публикувани от целостта изследователски институт [2] ) Основният принцип: натискане на електрони, протони дръпнете - използването на този принцип, Никола Тесла прогнозира гравитационно отблъскване през 1880-те, експериментира с него в 1890, и проектирани с форма на пура самолет в началото на 20 век. Ефект Biefeld-Браун (1923) демонстрира това и Томас Таунсенд Браун на късно предназначени asymetric кондензатори suchas диска форма на въздухоплавателни средства с негативно електрически такси (отблъскване) плоча на дъното и положително заредена (привличане) плоча отгоре. хармоници гравитационни вълни (напр. вижте книгата: Как да построим летяща чиния и други предложения в спекулативни Инженеринг, Pawlicki TB): гравитацията е вълна, като всяка друга - всички планети почивка в хармонични интервали в постоянна вълна от източника на вълна, слънцето.
Вижте също
Бележки
- Бележка 1 : Предложение 75,. Теоремата 35: p.956 - I.Bernard Коен и Ан Уитмън, "Исак Нютон" Principia: Математически принципи на естествената философия. Предшестван от Ръководство за Нютон Principia, И. Бернар Коен. Университета на Калифорния Натиснете 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- Бележка 3 : Макс Борн ( 1924 (1962 Dover издание, стр. 348 списъци маса, свидетелстващ за наблюдаваните и изчислени стойности за прецесия на перихелия на Меркурий, Венера, Земята и)), Теория на относителността на Айнщайн
Позоваването
- ^ Кларк, Джон, OE (2004). The Essential речник на науките. Barnes & Noble книги. ISBN 0-7607-4616-8 .
- Холидей, Дейвид, Робърт Resnick; за Кенет S. Krane (2001) Физика срещу 1. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9 .
- Физика на serway, Реймънд А., Jewett, Джон У. (2004). За учени и инженери, 6-ЕД, Brooks / Cole. ISBN 0-534-40842-7 .
- Физика на tipler, Пол (2004) за учени и инженери: Механика, Трептения и вълни, термодинамика, 5-то изд WH Freeman. ISBN 0-7167-0809-4 .
- Jefimenko, Олег Д. , "причинно-следствената връзка, електромагнитната индукция, и гравитацията: различен подход към теорията на електромагнитните и гравитационни полета". Star City [Западна Вирджиния]: Електростатичен Научния Ко, c1992 ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, Оливър , гравитационни и електромагнитни аналогия ". Електротехник, 1893.