Potencial gravitatòria
L'equació anterior condueix a l'equació per al treball realitzat en el moviment d'una massa d'un radi R a infinit, que s'obté mitjançant la integració de la força de la gravetat sobre aquesta distància:
El treball realitzat en moure una massa des de l'infinit fins a un radi R és per tant,
i això es coneix com la energia potencial gravitacional .
Ús de la Terra com un exemple, el treball realitzat en el moviment d'una massa de superfície de la terra fins a l'infinit està donada per:
is the Earth's mass. on G és la constant de gravitació universal, M és la massa de l'objecte, r i és el radi de la Terra, i m i és la massa de la Terra.
La relativitat general
La concepció de Newton i la quantificació de la gravetat va dur a terme fins al començament del segle 20, quan el nascut a Alemanya, el físic Albert Einstein va proposar la teoria de la relativitat general . En aquesta teoria d'Einstein va proposar que el moviment inercial es produeix quan els objectes estan en caiguda lliure en comptes de quan estan en repòs respecte a un objecte massiu com el de la Terra (com és el cas de la mecànica clàssica). El problema és que en espaciotiempos planes com ara les de la mecànica clàssica i la relativitat especial , no hi ha manera que els observadors inercials pot accelerar amb respecte a l'altra, com en caiguda lliure cossos poden fer el que cada són accelerats cap al centre d'una massiva objecte.
Per fer front a aquesta dificultat, Einstein va proposar que l'espai-temps es corba per la presència de la matèria, i que els objectes en caiguda lliure estan seguint les geodèsiques de l'espai-temps. Més específicament, Einstein va descobrir les equacions de camp de la relativitat general, que es refereixen la presència de la matèria i la curvatura de l'espai-temps. Les equacions de camp d'Einstein són un conjunt de 10 simultànies i no lineals , les equacions diferencials les solucions donen els components del tensor mètric de l'espai-temps. Aquest tensor mètric permet calcular no només els angulos i les distàncies entre els intervals d'espai-temps (segments) mesurats amb el coordenades contra la qual l'espai-temps col · lector es s'assignen , sinó també la afí-connexió de la qual s'obté la curvatura, de manera que descriu l'espai-temps de l'estructura geomètrica . Solucions notables de les equacions d'Einstein són:
La relativitat general ha tingut molt èxit a causa de la manera com les seves prediccions s'han confirmat amb regularitat. Per exemple:
Detalls específics
Gravetat de la Terra
Oceà Austral camp de gravetat
Cada cos planetari, incloent la Terra, està envoltada pel seu propi camp gravitatori, que exerceix una força d'atracció de qualsevol objecte que cau sota la seva influència. Aquest camp és proporcional a la massa del cos i varia inversament amb el quadrat de la distància des del cos. El camp gravitatori és numèricament igual a l'acceleració dels objectes sota la seva influència, i el seu valor a la superfície de la Terra, que es denota g, és d'aproximadament 9,81 m / s ² o 32,2 m / s ². Això significa que, fent cas omís de la resistència de l'aire, un objecte que cau lliurement prop de la superfície augmenta de la terra a la velocitat de 9,81 m / s (al voltant de 22 milles per hora) per cada segon del seu descens. Per tant, un objecte de partida a partir del repòs arribarà a una velocitat de 9,81 m / s després d'un segon, 19,62 m / s després de dos segons, i així successivament. D'acord amb la Llei tercera de Newton, la terra mateixa experimenta una força igual i oposada a la que actua sobre l'objecte que cau, el que significa que la terra també s'accelera cap a l'objecte. No obstant això, pel fet que la massa de la terra és enorme, l'acceleració produïda a la terra per aquesta mateixa força és insignificant.
Equacions per a un cos que cau
En condicions normals enllaçats a terra les condicions, quan els objectes es mouen a causa d'una força constant gravitacional d'un conjunt d'equacions cinemàtiques i dinàmiques descriure les trajectòries resultants. Per exemple, la llei de Newton de la gravitació simplifica a F = mg, on m és la massa del cos. Aquesta suposició és raonable que la caiguda d'objectes a la terra sobre les distàncies verticals relativament curts de la nostra experiència quotidiana, però és molt cert a distàncies més grans, com ara les trajectòries de les naus espacials, a causa de l'acceleració lluny de la superfície de la Terra no serà en general g . Un altre exemple és l'expressió que s'utilitza per al càlcul de l'energia potencial d'un cos = mgh. Aquesta expressió es pot utilitzar només en petites distàncies de la terra. De la mateixa manera l'expressió de l'alçada màxima assolida per un cos de la projecció vertical ", h = o ^ 2/2g" és útil per a altures petites i petites velocitats inicial. En el cas de grans velocitats inicials que hem d'utilitzar el principi de conservació de l'energia per trobar l'altura màxima assolida.
La gravetat i l'astronomia
El descobriment i l'aplicació de la llei de Newton dels comptes de la gravetat per la detallada informació que tenim sobre els planetes del nostre sistema solar, la massa del Sol, la distància a les estrelles i fins i tot la teoria de la matèria fosca . Tot i que no han viatjat a tots els planetes, ni al sol, sabem que la seva massa. La massa s'obté mitjançant l'aplicació de les lleis de la gravetat de les característiques mesures de l'òrbita. A l'espai un objecte manté la seva òrbita a causa de la força de gravetat que actua sobre ella. Estrelles, els planetes orbiten estrelles orbiten centres galàctics , les galàxies orbiten un centre de massa en els cúmuls i cúmuls orbiten en supercúmuls .
La gravetat en comparació amb la gravetat
És important tenir en compte, en alguns contextos, que la gravitació no és la gravetat, per si mateix. La gravitació és un fenomen independent de qualsevol causa particular. Alguns teoritzen que és possible que la gravitació d'existir sense una força, d'acord amb la relativitat general, que és realment el cas. En l'ús comú "gravetat" i "gravetat" o bé s'utilitzen indistintament, o la distinció es fa a vegades que "la gravetat" és precisament la força d'atracció de la terra, mentre que "la gravetat" és la propietat general de l'atracció mútua entre els òrgans de la matèria. En l'ús tècnic, "gravitació" és la tendència dels cossos d'accelerar una cap a l'altra, i "gravetat" és la força que algunes teories utilitzar per explicar aquesta acceleració.
La gravetat va ser bastant mal entès fins Isaac Newton va formular la seva llei de la gravitació al segle 17 . La teoria de Newton segueix sent àmpliament utilitzat per a molts fins pràctiques, encara que per un treball més avançat que ha estat suplantat per Einstein 's la relativitat general . Mentre que una gran quantitat que ara es coneix sobre les propietats de la gravetat, la causa última de la gravetat segueix sent una pregunta oberta i la gravetat segueix sent un tema important de la investigació científica.
Aplicacions
Un gran nombre d'artefactes mecànics depenen d'alguna manera en la gravetat per al seu funcionament. Per exemple, una diferència d'altura pot proporcionar un diferencial de pressió útil en un líquid, com en el cas d'un degoteig intravenós o una torre d'aigua . L'energia potencial gravitatòria de l'aigua pot ser utilitzada per generar energia hidroelèctrica , així com per transportar un tramvia per un pendent, utilitzant un sistema de tancs d'aigua i les politges, el Lynton i Lynmouth Cliff tren [1] , en Devon , Anglaterra, empra simplement com un sistema de . A més, un pes que penja d'un cable sobre una politja proporciona una tensió constant en el cable, incloent la part a l'altra banda de la politja amb el pes.
Els exemples són nombrosos: Per exemple fos de plom , quan s'aboca a la part superior d'una torre de tir , s'uneixen en una pluja de perdigons de plom esfèrica, en primer lloc se separa en gotes, formant esferes foses i sòlid congelat, patint molts dels mateixos efectes que meteoríticos tectites , que es refreden en formes esfèriques, o gairebé esfèrica en caiguda lliure . A més, un fraccionament torre es pot utilitzar per fabricar alguns dels materials mitjançant la separació dels components de material en base al seu pes específic . Impulsats per pes rellotges són alimentats per l'energia potencial gravitatòria, i els rellotges de pèndol depèn de la gravetat per regular el temps. Artificials satèl · lits són una aplicació de la gravitació que va ser descrita matemàticament a Newton Principia .
La gravetat s'usa en l'exploració geofísica per investigar els contrastos de densitat al subsòl de la Terra. Gravímetres sensibles utilitzar un complicat sistema de ressort i la massa (en la majoria dels casos) per mesurar la força de la "baixa" component de la força de la gravetat en un punt. Mesurament de moltes estacions en una àrea revela anomalies mesurats en mGal o microGal (1 galó és d'1 cm / s ^ 2. Acceleració de la gravetat mitjana és d'uns 981 litres, o 981.000 mGal.). Després de les correccions de l'obliqüitat de la Terra, l'elevació del terreny, la deriva d'instruments, etc, aquestes anomalies revelen àrees de densitat superior o inferior de l'escorça. Aquest mètode s'utilitza àmpliament en minerals i exploració de petroli, així com el temps de lapse de modelació d'aigües subterrànies. Els nous instruments són prou sensibles com per llegir l'atracció gravitatòria de l'operadora de peu al costat d'ells.
Les teories alternatives
Històrics teories alternatives
Les recents teories alternatives
electrogavitics magnetogravitics, harmònics, les ones de gravetat: electro: (per exemple, veure els llibres publicats per la integritat d'un institut de recerca [2] ) principi bàsic: empènyer els electrons, els protons pull - amb aquest principi, Nikola Tesla va predir la repulsió gravitacional en la dècada de 1880, va experimentar amb ella en la dècada de 1890, i va dissenyar l'aeronau en forma de cigar al segle 20. L'efecte Biefeld-Brown (1923) ho demostra i Thomas Townsend Brown després dissenyats condensadors asimètrics comla de l'aeronau en forma de disc amb una càrrega elèctrica negativa (repulsió) placa a la part inferior i la càrrega positiva (atracció) placa a la part superior. harmònics d'ones de gravetat (per exemple, veure el llibre: Com construir un plat volador i altres propostes en Enginyeria especulativa, la tuberculosi Pawlicki): la gravetat és una ona com qualsevol altre - tots els altres planetes en intervals harmònics d'una ona estacionària de la font de la les ones, el sol.
Vegeu també
Notes
- Nota 1 : la Proposició 75, Teorema 35: p.956 - I.Bernard Cohen i Anne Whitman, els traductors: Isaac Newton, els Principia: Principis matemàtics de filosofia natural. Precedit d'una guia per als Principia de Newton, d'I Bernard Cohen. Universitat de Califòrnia Press 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- Nota 3 : Max Born ( 1924 (. El 1962 Dover edició, pàgina 348 llistes com una taula de la documentació dels valors observats i estimats de la precessió del periheli de Mercuri, Venus i la Terra)), la Teoria de la Relativitat d'Einstein
Referències
- ^ Clark, John, OE (2004). El Diccionari Essencial de la Ciència. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8 .
- Halliday, David, Robert Resnick, Kenneth S. Krane (2001) Física v 1 .. Nova York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9 .
- Serway, Raymond A., Jewett, John W. (2004). Física per a científics i enginyers, 6 ª ed., Brooks / Col. ISBN 0-534-40842-7 .
- . Tipler, Paul (2004) Física per a científics i enginyers. Mecànica, Oscil · lacions i Ones, Termodinàmica, 5 ª edició, WH Freeman. ISBN 0-7167-0809-4 .
- Jefimenko, Oleg D. , "Causalitat, la inducció electromagnètica i la gravetat: un enfocament diferent a la teoria dels camps electromagnètics i gravitacionals". Ciutat de les estrelles [West Virginia]:. Electret Scientific Co, c1992 ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, Oliverio , " Una analogia gravitacional i l'electromagnètica ". El Electricista, 1893.
