Potentiel gravitationnel
L'équation ci-dessus conduit à l'équation pour le travail accompli dans le déplacement d'une masse à partir d'un rayon R à l'infini, qui est obtenue en intégrant la force de gravité sur cette distance:
Le travail effectué lors du déplacement d'une masse de l'infini à un rayon R est donc
et ceci est connu sous le nom d'énergie potentielle gravitationnelle .
Utilisation de la Terre comme un exemple, le travail effectué dans le déplacement d'une masse de la surface de la Terre à l'infini est donnée par:
is the Earth's mass. où G est la constante de gravitation universelle, m est la masse de l'objet, r e est le rayon de la Terre, et m e est la masse de la Terre.
La relativité générale
La conception de Newton et la quantification de la gravitation lieu jusqu'au début du 20ème siècle, lorsque le physicien d'origine allemande Albert Einstein a proposé la théorie de la relativité générale . Dans cette théorie d'Einstein a proposé que le mouvement inertiel se produit lorsque des objets sont en chute libre au lieu de quand ils sont à repos par rapport à un objet massif tel que la Terre (comme c'est le cas en mécanique classique). Le problème est que, dans des espaces-temps plats tels que ceux de la mécanique classique et la relativité restreinte , il n'ya aucun moyen que les observateurs inertiels peuvent accélérer par rapport à l'autre, comme en chute libre organes peuvent faire ce qu'ils sont accélérés chaque vers le centre d'un massif objet.
Pour faire face à cette difficulté, Einstein a proposé que l'espace-temps est courbé par la présence de la matière, et que les objets en chute libre sont à la suite des géodésiques de l'espace-temps. Plus précisément, Einstein a découvert les équations du champ de la relativité générale, qui concernent la présence de la matière et la courbure de l'espace-temps. Les équations d'Einstein sont un ensemble de 10 simultanés , les non-linéaires , les équations différentielles dont les solutions donnent les composantes de la tenseur métrique d'espace-temps. Ce tenseur métrique permet de calculer non seulement les angles et les distances entre l'espace-temps des intervalles (segments) mesurées avec le coordonnées contre laquelle l'espace-temps collecteur est cartographié , mais aussi l'affine-connexion à partir de laquelle la courbure est obtenue, décrivant ainsi l'espace-temps de la structure géométrique . Notable Solutions des équations d'Einstein comprennent:
La relativité générale a connu beaucoup de succès en raison de la façon dont ses prédictions ont été régulièrement confirmée. Par exemple:
Détails
Terre gravité
Sud du champ de gravité océan
Chaque corps planétaire, y compris la Terre, est entourée par son propre champ gravitationnel, ce qui exerce une force d'attraction sur n'importe quel objet qui vient sous son influence. Ce champ est proportionnelle à la masse du corps et varie en raison inverse du carré de la distance du corps. Le champ gravitationnel est numériquement égale à l'accélération des objets sous son influence, et sa valeur à la surface de la Terre, notée g, est d'environ 9,81 m / s ² ou 32,2 pi / s ². Cela signifie que, en négligeant la résistance de l'air, un objet en chute libre à proximité de la surface augmente de la terre de la vitesse par 9,81 m / s (environ 22 mph) pour chaque seconde de sa descente. Ainsi, un objet à partir de repos atteindre une vitesse de 9,81 m / s après une seconde, 19,62 m / s au bout de deux secondes, et ainsi de suite. Selon la 3ème loi de Newton, la terre elle-même subit une force égale et opposée à celle agissant sur l'objet en chute, ce qui signifie que la terre accélère également vers l'objet. Cependant, parce que la masse de la terre est énorme, l'accélération produite sur la terre par cette même force est négligeable.
Equations pour un corps en chute
Dans des conditions normales liés à la terre des conditions, quand les objets se déplacent grâce à une force constante de la gravitation d'un ensemble d'équations cinématiques et dynamiques de décrire les trajectoires qui en résultent. Par exemple, la loi de Newton de la gravitation simplifie à F = mg, où m est la masse du corps. Cette hypothèse est raisonnable pour les objets relevant de la terre au cours des distances relativement courtes verticales de notre expérience quotidienne, mais est très fausse de plus grandes distances, comme les trajectoires des engins spatiaux, parce que l'accélération loin de la surface de la Terre ne sera pas en général être g . Un autre exemple est l'expression que nous utilisons pour le calcul de l'énergie potentielle d'un corps = mgh. Cette expression peut être utilisée que sur de petites distances de la terre. De même l'expression de la hauteur maximale atteinte par un organisme de la projection verticale, "h = u ^ 2/2g" est utile pour de faibles hauteurs et vitesses initiales petites seulement. En cas de grandes vitesses initiales, nous devons utiliser le principe de la conservation de l'énergie pour trouver la hauteur maximale atteinte.
Gravité et l'astronomie
La découverte et l'application de la loi de Newton des comptes de gravité pour les informations détaillées que nous avons sur les planètes de notre système solaire, la masse du soleil, la distance des étoiles et même la théorie de la matière noire . Bien que nous n'avons pas voyagé à toutes les planètes, ni au soleil, nous savons de leur masse. La masse est obtenue en appliquant les lois de la gravité des caractéristiques mesurées de l'orbite. Dans l'espace un objet maintient son orbite en raison de la force de gravité agissant sur elle. Étoiles en orbite planètes, en orbite étoiles centres galactiques , des galaxies en orbite un centre de masse dans les amas et les clusters orbite en superamas .
Gravity contre la gravitation
Il est important de noter, dans certains contextes, que la gravitation n'est pas la gravité en soi. Gravitation est un phénomène indépendant de toute cause particulière. Certains théorisent que il est possible pour la gravitation d'exister sans une force; selon la relativité générale, qui est effectivement le cas. Dans l'usage courant "gravité" et "la gravitation" sont soit utilisés de façon interchangeable, ou la distinction est parfois faite que la «gravité» est précisément la force d'attraction de la terre, tandis que "la gravitation" est la propriété générale de l'attraction mutuelle entre les organes de la matière. Dans l'usage technique, «la gravitation» est la tendance des corps à accélérer vers l'autre, et la «gravité» est la force que certaines théories utiliser pour expliquer cette accélération.
Gravity a été assez mal compris jusqu'à Isaac Newton a formulé sa loi de la gravitation dans le 17ème siècle . La théorie de Newton est encore largement utilisé pour de nombreuses raisons pratiques, mais pour un travail plus avancé, il a été supplanté par Einstein 's de la relativité générale . Bien qu'une grande partie est maintenant connu sur les propriétés de la gravité, la cause ultime de la gravitation reste une question ouverte et la gravité demeure un important sujet de la recherche scientifique.
Applications
Un grand nombre d'artifices mécaniques dépendent en quelque sorte sur la gravité de leur fonctionnement. Par exemple, une différence de hauteur peut fournir un différentiel de pression utile dans un liquide, comme dans le cas d'une perfusion intraveineuse ou un château d'eau . L'énergie potentielle gravitationnelle de l'eau peut être utilisée pour générer l'hydroélectricité ainsi que pour transporter un tramway sur un plan incliné, en utilisant un système de réservoirs d'eau et de poulies, le Lynton et Lynmouth Cliff Railway [1] dans le Devon , en Angleterre emploie un tel système . En outre, un poids suspendu à un câble sur une poulie fournit une tension constante dans le câble, y compris la partie de l'autre côté de la poulie au poids.
Les exemples sont nombreux: par exemple fusion de plomb , quand on le verse dans le haut d'une tour de tir , sera se fondre en une pluie de grenaille de plomb sphérique, d'abord séparer en gouttelettes, formant des sphères fondues, et enfin le gel solide, l'objet d'un grand nombre des mêmes effets que météoritiques tectites , qui va se refroidir dans des formes sphériques ou quasi-sphérique en chute libre . En outre, une fractionnement tour peut être utilisé pour fabriquer des matériaux en séparant les composants de matière sur la base de leur poids spécifique . Poids axées sur les horloges sont alimentés par l'énergie potentielle gravitationnelle, et pendules dépendent de la gravité de réglementer le temps. Artificiels satellites sont une application de la gravitation qui a été décrit mathématiquement en Newton Principia .
La gravité est utilisée dans l'exploration géophysique pour enquêter sur les contrastes de densité dans le sous-sol de la Terre. Gravimètres sensibles utiliser un système compliqué de printemps et de la masse (dans la plupart des cas) pour mesurer la force de la "baisse" composante de la force gravitationnelle en un point. Mesure de nombreuses stations sur une superficie révèle des anomalies mesurées dans mGal ou microgal (1 gal est de 1 cm / s ^ 2. Moyenne accélération de la pesanteur est d'environ 981 gallons, ou 981 000 mGal.). Après les corrections pour l'obliquité de la Terre, l'altitude, le terrain, dérive de l'appareil, etc, ces anomalies révèlent des zones de densité supérieure ou inférieure de la croûte. Cette méthode est largement utilisée dans l'exploration minérale et pétrolière, ainsi que la modélisation des eaux souterraines time-lapse. Les instruments les plus récents sont suffisamment sensibles pour lire l'attraction gravitationnelle de l'opérateur debout sur eux.
Des théories alternatives
Historiques des théories alternatives
Théories alternatives récentes
electrogavitics, les magnetogravitics, harmoniques d'ondes gravitationnelles: electrogravitics: (ex: voir les livres publiés par l'institut de recherche de l'intégrité [2] ) principe de base: push électrons, protons tirez - en utilisant ce principe, Nikola Tesla prédit la répulsion gravitationnelle dans les années 1880, expérimenté dans les années 1890, et conçu l'avion en forme de cigare dans le début du 20e siècle. L'effet Biefeld-Brown (1923) illustre cette & Thomas Townsend Brown tard conçus condensateurs asymétriques suchas l'avion en forme de disque avec un négatif électrique facturée (répulsion) plaque sur le fond et la charge positive (attraction) plaque sur le dessus. harmoniques des ondes de gravité (par exemple voir le livre: Comment construire une soucoupe volante et d'autres propositions en génie spéculatif, la tuberculose Pawlicki): la gravité est une vague comme un autre - tout le reste des planètes à des intervalles harmoniques dans une onde stationnaire de la source de la vague, le soleil.
Voir aussi
Remarques
- Note 1 : Proposition 75, Théorème 35: p.956 - I.Bernard Cohen et Anne Whitman, traducteurs: Isaac Newton, Principia Le: Principes mathématiques de philosophie naturelle. Précédé d'un guide pour les Principia de Newton, par I. Bernard Cohen. University of California Press 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- Note 3 : Max Born ( 1924 (. En 1962, Dover édition, page 348 listes d'une table de documenter les valeurs observées et calculées pour la précession du périhélie de Mercure, Vénus, la Terre)), la théorie d'Einstein de la relativité
Références
- ^ Clark, John, OE (2004). Le Dictionnaire essentiel de la science. Livres Barnes & Noble. ISBN 0-7607-4616-8 .
- Halliday, David, Robert Resnick, Kenneth S. Krane (2001) Physique v 1.. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9 .
- Serway, Raymond A., Jewett, John W. (2004). Physique des scientifiques et ingénieurs, 6e éd., Brooks / Cole. ISBN 0-534-40842-7 .
- . Tipler, Paul (2004) Physique des scientifiques et ingénieurs. Mécanique, Oscillations et ondes, Thermodynamique, 5e éd, WH Freeman. ISBN 0-7167-0809-4 .
- Jefimenko, Oleg D. , «La causalité, l'induction électromagnétique, et de la gravitation: une approche différente de la théorie des champs électromagnétiques et gravitationnelles". Star City [West Virginia]:. Électret Scientific Co., c1992 ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, Oliver , " Une analogie gravitationnelle et électromagnétique ". L'électricien, 1893.
