Gravitatsiooniline potentsiaalne
Eespool esitatud võrrandi viib võrrand töö liikuvate mass raadius R on lõpmatus, mis on saadud integreerimise gravitatsioonijõu üle selle kaugus:
Töö liikudes mass lõpmatusest kuni raadius R on seega
ja seda nimetatakse gravitatsioonilise potentsiaalse energia .
Kasutades Maa nagu näiteks töö liikuvate mass maakera pinnast kuni lõpmatus järgmise valemi abil:
is the Earth's mass. kus G on universaalne gravitatsioonikonstant, m on objekti mass, r e on Maa raadius ja m e on Maa mass.
Üldrelatiivsusteooria
Newtoni kontseptsiooni ja kvantifitseerimine gravitatsiooni toimunud alguseni 20. sajandil, kui Saksamaal sündinud füüsik Albert Einstein pakkus üldrelatiivsusteooria . Selle teooria Einstein tegi ettepaneku, et inertsiaalne liikumine toimub siis, kui objektid on vaba langust asemel, kui nad on teiste suhtes suure objekti nagu Earth (kui on tegemist klassikalise mehaanika). Probleem on selles, et korter aegruumis nagu klassikalise mehaanika ja erirelatiivsusteooria , ei ole nii, et inertsiaalne vaatlejad võivad kiirendada seoses teineteise vaba kuuluvad asutused saavad teha nii, nagu nad kõik on kiirenes keskel suur objekt.
Tegelda selle raskus, Einstein tegi ettepaneku, et aegruum on kõverdunud juuresolekul asja, ja et vaba kukkuvad esemed on pärast geodesics on aegruumi taustal. Täpsemalt Einstein avastas valdkonnas võrrandid Üldrelatiivsusteooria, mis on seotud juuresolekul asja ja kumerust aegruumi taustal. Einstein välja võrrandid on komplekt 10 üheaegne , mittelineaarne , diferentsiaal , kelle lahendused annavad komponendid metric tensor of aegruumi taustal. See mõõdik tensor võimaldab arvutada mitte ainult nurgad ja vahemaad aegruumi järel (segmendid) mõõdetud koordinaadid , mille vastu aegruum mitmekesised on kaardistatud ka affine-ühendus, mille kumerus on saadud, mis kirjeldavad aegruum oma geomeetrilise struktuuri . Märkimisväärsed lahendusi Einstein valdkonnas võrrandid on järgmised:
Üldrelatiivsusteooria on olnud palju edu, sest kuidas tema ennustused on pidevalt kinnitust leidnud. Näiteks:
Erisused
Maa gravitatsiooni
Lõuna-Jäämeri gravitatsiooni väli
Igal planeetide organit, sealhulgas Maa, mida ümbritseb oma gravitatsiooniväli, mis avaldab atraktiivne jõud iga objekt, mis kuulub selle mõju. See väli on võrdeline keha massiga ja on pöördvõrdelises sõltuvuses ruudu kaugusel kehast. Gravitatsiooniväli on arvuliselt võrdne kiirendusega objektide tema mõju ja selle väärtuse Maa pinnast, mida tähistatakse g, on umbes 9,81 m / s ² või 32,2 ft / s ². See tähendab, et ignoreerides õhutakistust, objekti vabalt kukub lähedal maapinnale tõusu kiirus 9,81 m / s (umbes 22 mph) iga teine oma päritolu. Seega objekt alates Ülejäänud saavutada kiirus 9,81 m / s pärast 1 2., 19,62 m / s peale 2 sekundit ja nii edasi. Vastavalt Newtoni 3. seadus, maa enda kogemusi võrdne ja vastupidine jõud, mis tegutseb kukkuva eseme, mis tähendab, et Maa kiirendab ka objektile lähemale. Siiski, kuna mass Maa on väga suur, tekitatud kiirenduse maa käesoleva samasugune jõud on tühine.
Võrrandid alla keha
Normaalsetes maaga seotud tingimusi, kui objekte liigutada tõttu pidevalt gravitatsioonijõud komplekt kinemaatilise ja dünaamilise võrrandid kirjeldavad tulenev trajektoore. Näiteks Newtoni õiguse gravitatsiooni lihtsustab et F = mg, kus m on mass keha. See eeldus on mõistlik objektid võivad kukkuda kuni maa üle suhteliselt lühikese vertikaalne vahemaa meie igapäevane kogemus, kuid see on väga vale suuremate vahemaade tagant, nagu kosmoselaeva trajektoori, sest kiirendus kaugel maapinna ei üldiselt on g . Veel üks näide on väljend, mida me kasutame arvutamise potentsiaalse energia keha = MGH. See väljend võib kasutada ainult üle väikese kaugel maa. Ka väljend maksimaalne kõrgus saavutatud vertikaalselt prognoositud keha, "h = u ^ 2/2g" on kasulik väikestele kõrgused ja väikesed esialgne kiirused ainult. Suurte esialgne kiirused on meil kasutada põhimõtet energiasäästlikkus leida maksimaalne kõrgus saavutatud.
Gravity ja astronoomia
Avastamine ja rakendamine Newtoni gravitatsiooniseadus moodustab üksikasjalikku teavet on meil umbes planeedid meie päikesesüsteemis, mass päike, kaugus tähti ja isegi teooria tumeda aine . Kuigi me ei sõitnud kõik planeedid ega päike, me teame nende mass. Mass saadakse, kui kohaldatakse seaduste raskuse mõõdetud tunnused orbiidil. Ruumis objekti säilitab oma orbiidi tõttu Gravitatsioonijõud tegutseb talle. Planeetide orbiit tähed, tähtede orbiidi galaktika keskused , galaktikate orbiidil massikeskme klastrite ja klastrite orbiidile superparved .
Gravity versus gravitatsiooni
On oluline märkida, mõnes kontekstis, et gravitatsiooni pole raskus iseenesest. Gravitatsioon on nähtus sõltu ühegi konkreetse põhjuseta. Mõned teoretiseerida, et on võimalik gravitatsiooni olemas ilma jõudu; vastavalt üldise relatiivsusteooria, mis on tõepoolest nii. Ühine kasutamine "gravitatsiooni" ja "gravitatsiooni" kasutatakse kas vaheldumisi või vahet mõnikord, et "raskus" on eriti atraktiivne jõudu maa, samas kui "gravitatsiooni" on üldine vara vastastikuse atraktsioon asutuste vahel küsimuses. Tehnilises kasutamine, "gravitatsiooni" on kalduvus asutuste kiirendada nende suhtumist üksteisesse ja "raskus" on jõudu, et mõned teooriad kasutada seda selgitada kiirendus.
Gravity oli üsna raskesti mõistetav kuni Isaac Newton sõnastas oma õiguse gravitatsiooni in 17. sajandil . Newtoni teooria on endiselt laialt kasutusel paljudel praktilistel eesmärkidel, kuid rohkem arenenud töö see on asendunud Einstein 's Üldrelatiivsusteooria . Kuigi palju on praegu tuntud omaduste kohta gravitatsiooni, ülim põhjus gravitatsiooni jääb lahtiseks ja gravitatsiooni on jätkuvalt oluline teema teadusuuringuid.
Rakendused
Tohutul hulgal mehhaanilise contrivances sõltu kuidagi raskusjõud nende käitamiseks. Näiteks, kõrguste vahe võib olla kasulik rõhkude vahe vedelas, nagu juhul, kui tilguti või veetorn . Gravitatsioonilise potentsiaalse energia vett saab toota hüdroenergiat samuti vedamiseks tramcar kuni kallak, kasutades süsteemi veepaagid ja rihmarattad; Lynton ja Lynmouth Cliff Raudtee [1] in Devon , Inglismaa töötab ainult sellise süsteemi . Ka kaal rippuvat kaablit üle rihmaratas annab pidev pinge kaabel, sealhulgas osaliselt teisel pool rihmaratas kaalu.
Näiteid on palju: näiteks sula plii , kui valatakse peal maha torn , ei koonduda ühte vihma sfääriliste tinahaavlite, 1. eraldades arvesse tilgad, moodustades sula sfääris ja lõpuks külmutamine tahke, toimuvad paljud sama mõju meteoriitse tektites , mis jahtuda sfäärilisteks või peaaegu sfäärilise kujuga vaba langust . Samuti fraktsioneerimise torn saab valmistada mõnede materjalide eraldades välja materjali komponendid, mis põhinevad nende erikaal . Kaal juhitud kellad on powered by gravitatsioonilise potentsiaalse energia ja pendel kellad sõltuvad raskusjõu reguleerida aega. Kunstlik satelliidid on taotluse gravitatsiooni mis matemaatiliselt kirjeldatud Newtoni Principia .
Gravity kasutatakse geofüüsikalised uuringud, et uurida tihedus vastandub subsurface Maa. Sensitive gravimeetrid kasutada keeruline kevadel ja mass süsteem (enamasti), et mõõta tugevust "allapoole" osa gravitatsioonijõud punktist. Mõõte palju jaamu üle ala näitab kõrvalekaldeid mõõdetakse mgal või microGal (1 gal on 1 cm / s ^ 2. Keskmine gravitatsiooniline kiirendus on umbes 981 gal või 981.000 mgal.). Pärast paranduste kalle Maa, reljeefi, maastiku, instrumendi triiv jne, need anomaaliad esile valdkonnad suurem või väiksem tihedus kooriku. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt mineraalide ja nafta uurimine, samuti aja möödumist põhjavee modelleerimist. Uusim vahendid on piisavalt tundlik, et lugeda tõmme operaator seisab nende üle.
Alternatiivsed teooriad
Historical alternatiivseid teooriaid
Viimased alternatiivseid teooriaid
electrogavitics, magnetogravitics, raskusastet laine harmoonilised: electrogravitics: (nt näha raamatuid avaldanud terviklikkuse uurimisinstituut [2] ) põhimõte: elektronid push, prootonite tõmmata - kasutades seda põhimõtteliselt Nikola Tesla ennustatud gravitatsiooniline vastumeelsust 1880, katsetanud seda 1890, ja mõeldud sigari kujuline õhusõiduki 20. sajandi alguses. Biefeld-Brown mõju (1923) näitab seda ja Thomas Townsend Brown hiljem loodud asymetric kondensaatorid suchas ketta kujuline õhusõiduki negatiivselt elektri eest (vastumeelsust) plaadi põhjale ja positiivselt laetud (atraktsioon) plaadi peal. gravitatsiooni laine harmoonilised (nt vaata raamatust: Kuidas ehitada lendav taldrik ja muid asjakohaseid ettepanekuid Spekulatiivsed Engineering, TB Pawlicki): raskuskese on laine nagu iga teine - kõik planeedid puhata harmooniline ajavahemike järel seisab laine allikast lained, päike.
Vaata ka
Notes
- Märkus 1 : Proposition 75, teoreem 35: p.956 - I.Bernard Cohen ja Anne Whitman, tõlkijad: Isaac Newton, Principia: Matemaatika põhimõtted looduslik filosoofia. Eelneb A Guide to Newtoni Principia, I. Bernard Cohen. University of California Press 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- Märkus 3 : Max Born ( 1924 ), Einsteini relatiivsusteooria (1962 Dover väljaanne, lk 348 nimekirjad tabel dokumenteerimine kinni ja arvutatud väärtused pretsessiooni periheelioni on Merkuur, Veenus ja Maa.)
Viited
- ^ Clark, John, OE (2004). Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8 .
- Halliday, David, Robert Resnick; Kenneth S. Krane (2001). Füüsika v 1. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9 .
- Serway, Raymond A., Jewett, John W. (2004). Füüsika teadlased ja insenerid, 6. ed., Brooks / Cole. ISBN 0-534-40842-7 .
- Tipler, Paul (2004). Füüsika teadlaste ja inseneride: Mehaanika, Võnkumised ja lained, termodünaamika, 5. ed., WH Freeman. ISBN 0-7167-0809-4 .
- Jefimenko, Oleg D. , "põhjuslikkuse, elektromagnetiline induktsioon, ja gravitatsiooni: erinevat lähenemist teooria elektromagnetilise ja gravitatsioonilise väljad". Star City [West Virginia]: Electret teadus Co, c1992. ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, Oliver , " gravitatsiooniline ja elektromagnetiline analoogia põhjal . "Elektrik, 1893.
