הכבידה פוטנציאל
המשוואה לעיל מוביל המשוואה עבור העבודה שנעשתה בהעברת המוני מ R רדיוס עד אינסוף, אשר מתקבל על ידי שילוב של כוח הכבידה על פני המרחק הזה:
העבודה שנעשתה בעת מעבר המוני מן האינסוף אל R רדיוס לכן
וזה נקרא אנרגיה פוטנציאלית כבידתית .
שימוש כדור הארץ כדוגמה, העבודה שנעשתה בהעברת המוני מפני השטח של כדור הארץ עד אינסוף ניתנת על ידי:
is the Earth's mass. שם G הוא קבוע הכבידה האוניברסלי, M היא המסה של האובייקט, r e הוא רדיוס כדור הארץ, ו-M e היא מסת כדור הארץ.
תורת היחסות הכללית
תפיסתו של ניוטון וכימות הכבידה החזיק עד תחילת המאה ה -20, כאשר יליד גרמניה הפיזיקאי אלברט איינשטיין הציע את תורת היחסות הכללית . בתיאוריה הזו איינשטיין הציע תנועה אינרציה מתרחש כאשר אובייקטים נמצאים חופשי ליפול במקום שבו הם נמצאים שאר ביחס אובייקט מסיבי כמו כדור הארץ (כמו במקרה של מכניקה קלאסית). הבעיה היא כי spacetimes שטוחים כמו אלה של המכניקה הקלאסית ואת תורת היחסות הפרטית , אין דרך כי משקיפים אינרציה יכול להאיץ בכבוד זה לזה, כמו free-נופלים גופים יכולים לעשות כאשר הם כל מואצים לעבר מרכז מסיבית האובייקט.
להתמודד עם קושי זה, הציע איינשטיין כי המרחב והזמן הוא מעוקל על ידי נוכחות של עניין, וכי חפצים נופלים חופשית הם בעקבות geodesics של מרחבי זמן. ליתר דיוק, גילה איינשטיין את משוואות השדה של תורת היחסות הכללית, המתייחסים נוכחות של חומר העקמומיות של המרחב והזמן. את משוואות השדה איינשטיין הם קבוצה של 10 בו זמנית , הלא ליניארית , משוואות דיפרנציאליות אשר נותנים פתרונות רכיבי טנזור מטרי של מרחבי זמן. זה מותח מדד המאפשר לחשב לא רק זוויות ומרחקים בין מרחב הזמן במרווחים (קטעים) נמדד עם קואורדינטות נגדו מרחבי זמן סעפת היא להיות ממופה , אלא גם את הקשר affine, שממנו עקמומיות מתקבל, ועל כן תיארתי המבנה הגיאומטרי של מרחבי זמן . הפתרונות הבולטים של משוואות השדה איינשטיין כוללים:
תורת היחסות הכללית זכה להצלחה רבה בגלל איך התחזיות שלה אושרו על בסיס קבוע. לדוגמה:
הפרטים
כוח המשיכה של כדור הארץ
האוקיינוס הדרומי בשדה הכבידה
כל גוף פלנטרי, כולל כדור הארץ, מוקף שדה הכבידה שלו, אשר מפעיל כוח המשיכה על כל אובייקט שמגיע תחת השפעתה. שדה זה הוא יחסי המסה של הגוף משתנה ביחס הפוך לריבוע המרחק מהגוף. שדה הכבידה שווה מבחינה מספרית להאצה של אובייקטים תחת השפעתה, וערכה על פני השטח של כדור הארץ, מסומן גרם, הוא בערך 9.81 מ '/ ש ² או 32.2 רגל / s ². משמעות הדבר היא, תוך התעלמות התנגדות האוויר, חפץ נופל בחופשיות ליד עולה על פני השטח של כדור הארץ במהירות של 9.81 מ '/ ש (כ קמ"ש 22) עבור כל שנייה של הירידה שלה. כך, האובייקט החל השאר יהיה להשיג מהירות של 9.81 מ '/ ש 1 אחרי השני, 19.62 מ' / ש לאחר שתי שניות, וכן הלאה. על פי חוק 3 של ניוטון, את כדור הארץ עצמו חווה כוח שווה ומנוגד לזה הפועל על עצם נופל, כלומר כדור הארץ גם מאיצה כלפי האובייקט. עם זאת, בגלל המסה של כדור הארץ הוא עצום, האצת המיוצר על פני כדור הארץ בכוח זה אותו דבר זניח.
משוואות עבור גוף נופל
מתחת לאדמה הנכנס בתנאים נורמליים, כאשר חפצים לעבור בשל כוח הכבידה קבוע מערכת של משוואות kinematical ו דינמיות לתאר את מסלולי כתוצאה. לדוגמה, חוק הכבידה של ניוטון מפשט ל-F = mg, כאשר m היא המסה של הגוף. הנחה זו היא סבירה חפצים נופלים אל כדור הארץ על מרחקים אנכיים קצרים יחסית של החוויה היומיומית שלנו, אבל הוא מאוד נכון על פני מרחקים גדולים יותר, כמו מסלולי חלליות, כי האצת רחוק מפני השטח של כדור הארץ לא יהיה בכלל להיות g . דוגמה נוספת היא הביטוי שבו אנו משתמשים לחישוב האנרגיה הפוטנציאלית של הגוף = MGH. ביטוי זה ניתן להשתמש רק למרחקים קטנים מעל פני האדמה. בדומה לכך ביטוי גובה מרבי הגיע על ידי הגוף מוקרן אנכית, "H = u ^ 2/2g" שימושי לגבהים קטנים מהירויות ראשוניות קטנות בלבד. במקרה של מהירויות ראשונית גדולה אנחנו צריכים להשתמש עיקרון שימור האנרגיה כדי למצוא את הגובה המקסימלי הגיע.
כוח המשיכה ואסטרונומיה
גילוי ויישום של החוק של ניוטון המשיכה עבור חשבונות מידע מפורט יש לנו על כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, המסה של השמש, המרחק אל כוכבים ואפילו התיאוריה של החומר האפל . למרות שאנו לא נסע כל כוכבי הלכת או לשמש, אנחנו יודעים המסה שלהם. המסה מתקבל על ידי החלת חוקי הגרביטציה המאפיינים הנמדדים של המסלול. בחלל העצם שומרת על שלה במסלול בגלל כוח הכבידה שפועל עליה. כוכבי לכת, כוכבים במסלול במסלול במרכזי גלקסיות , גלקסיות במסלול מרכז המסה באשכולות, ואשכולות במסלול ב צבירים .
כוח המשיכה מול כוח המשיכה
חשוב לציין, בהקשרים מסוימים, כוח המשיכה זה לא כוח המשיכה, כשלעצמה. הכבידה היא תופעה עצמאית של גורם מסוים. חלק משערים כי זה אפשרי עבור כוח המשיכה להתקיים בלי כוח, על פי תורת היחסות הכללית, זה אכן המקרה. בשימוש הנפוץ "כוח המשיכה" או "כוח הכבידה" משמשים או לסירוגין, או מבחינים לעיתים כי "כוח המשיכה" דווקא כוח המשיכה של כדור הארץ, בעוד "כוח המשיכה" הוא המאפיין הכללי של משיכה הדדית בין גופים של החומר. בשימוש הטכנית, "כוח המשיכה" היא הנטייה של גופים להאיץ לכיוון זה מזה, "כוח המשיכה" הוא הכוח תיאוריות מסוימות להשתמש בו כדי להסביר את ההאצה.
כוח המשיכה הובן די גרוע עד אייזיק ניוטון ניסח את חוק הכבידה של המאה ה -17 . התיאוריה של ניוטון הוא עדיין בשימוש נרחב למטרות מעשיות רבות, אם כי העבודה מתקדמת יותר זה כבר החליף ידי איינשטיין של תורת היחסות הכללית . בעוד הרבה ידוע כרגע על המאפיינים של כוח המשיכה, הגורם האולטימטיבי של כוח המשיכה נותרת פתוחה ואת כוח המשיכה נשאר נושא חשוב של המחקר המדעי.
יישומים
מספר רב של מנגנונים מכאניים תלויים בדרך כלשהי על כוח המשיכה של הפעולה שלהם. לדוגמה, ההבדל בגובה יכולים לספק ההפרש הלחץ שימושי בנוזל, כמו במקרה של עירוי תוך ורידי או מגדל מים . האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של מים שניתן להשתמש בהם כדי ליצור hydroelectricity כמו גם לגרור חשמלית בעלייה, באמצעות מערכת של מיכלי מים, גלגלות, לינטון ו Lynmouth קליף הרכבת [1] ב דבון , אנגליה מעסיקה רק מערכת כזאת . כמו כן, משקל תלוי על כבל מעל הגלגלת מספק מתח קבוע בכבלים, כולל החלק בצד השני של הגלגלת למשקל.
הדוגמאות הן רבות: למשל מותכת להוביל , כאשר שפכו לתוך החלק העליון של המגדל זריקה , יהיה להתמזג אל הגשם של כדור עופרת כדורי, 1 הפרדת לטיפות, יוצרים כדורים מותך, מוצק קפוא סוף סוף, עוברים רבים של אותה השפעה כמו meteoritic בטקטיטים , אשר לקרר לצורות כדוריות, או כמעט כדורית בנפילה חופשית . כמו כן, חלוקה המגדל יכול לשמש לייצור חומרים מסוימים על ידי הפרדת את המרכיבים החומריים שלהם על בסיס משקל סגולי . משקל מונחה שעונים הם מופעל על ידי אנרגיה פוטנציאלית כבידתית, ואת שעוני המטוטלת תלוי כוח המשיכה להסדיר הזמן. מלאכותיים לוויינים הם יישום של הכבידה אשר תוארה באופן מתמטי של ניוטון Principia .
כוח המשיכה משמש חקר גיאופיזיים לחקור ניגודים צפיפות מתחת לפני הקרקע של כדור הארץ. Gravimeters רגישים להשתמש במערכת מסובכת האביב המונית (ברוב המקרים) כדי למדוד את כוחו של מרכיב "כלפי מטה" של כוח הכבידה בנקודה. מדידת תחנות רבות באזור מגלה חריגות נמדד mGal או microGal (1 גל הוא 1 ס"מ / s ^ 2. האצת כבידה הממוצע הוא בערך 981 גל, או 981.000 mGal.). לאחר תיקונים של עקיפה של כדור הארץ, גובה, שטחים, להיסחף המכשיר, וכו ', אנומליות אלה לחשוף אזורים של צפיפות גבוהה או נמוכה יותר בקרום. שיטה זו משמשת באופן נרחב מינרלים חיפושי נפט, כמו גם זמן לשגות דוגמנות התהום. המכשירים החדשים רגישים מספיק כדי לקרוא את כוח המשיכה של המפעיל עומד עליהם.
תיאוריות חלופיות
תיאוריות חלופיות היסטוריים
תיאוריות חלופיות האחרונות
electrogavitics, magnetogravitics, גלי כבידה: הרמוניות electrogravitics: (למשל לראות את הספרים שפורסמו על ידי שלמות מכון המחקר [2] ) העיקרון הבסיסי: לדחוף אלקטרונים, פרוטונים מושכים - באמצעות עיקרון זה, צפוי ניקולה טסלה דחייה הכבידה בשנת 1880, ערך ניסויים עם זה את 1890, & Designed מטוסים סיגר בצורת במאה ה -20. אפקט Biefeld-בראון (1923) מדגים זאת & תומאס טאונסנד בראון קבלים asymetric שנועדו מאוחר יותר suchas מטוסים בצורת דיסק עם צלחת חשמלי שלילי (דחייה) טעונה בתחתית & חיובי (משיכה) על גבי צלחת. גלי כבידה הרמוניות (למשל לראות בספר: כיצד לבנות צלחת מעופפת ו הצעות אחרות בהנדסת ספקולטיבי, שחפת Pawlicki): כוח הכבידה הוא גל לכל דבר - כל השאר כוכבי לכת במרווחים הרמוניים בגל עומד ממקור גל, את השמש.
ראה גם
הערות
- הערה 1 : הצעה 75, משפט 35: p.956 - I.Bernard כהן אן ויטמן, מתרגמים: אייזק ניוטון, Principia: עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע. קדמו מדריך ל Principia של ניוטון, על ידי י 'ברנרד כהן. אוניברסיטת קליפורניה 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- הערה 3 : מקס בורן ( 1924 (. 1962 דובר המהדורה, עמ '348 רשימות שולחן המתעד את הערכים שנצפו ומחושב על התקדמות ימי הפריהליון של כוכב חמה, נוגה, והארץ)), תורת היחסות של איינשטיין
הפניות
- ^ קלארק, ג'ון, OE (2004). מילון חיוני למדע. בארנס אנד נובל ספרים. המאוחד 0-7607-4616-8 .
- האלידיי, דוד, רוברט רזניק, קנת ס Krane (2001) נ 'פיזיקה 1.. ניו יורק: ג'ון וילי ובניו. ISBN 0-471-32057-9 .
- Serway, ריימונד א ', Jewett, ג'ון וו (2004). פיסיקה של מדענים ומהנדסים, אד 6., ברוקס / קול. המאוחד 0-534-40842-7 .
- . טיפלר, פול (2004) פיסיקה של מדענים ומהנדסים.: מכניקה, תנודות וגלים, תרמודינמיקה, אד 5, WH Freeman. המאוחד 0-7167-0809-4 .
- Jefimenko, אולג ד ' , "הסיבתיות, ההשראה האלקטרומגנטית, וכוח הכבידה: גישה שונה התיאוריה של שדות אלקטרומגנטיים לבין הכבידה". כוכב העיר [מערב וירג'יניה]. Electret מדעי ושות' c1992 ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, אוליבר , " האנלוגיה הכבידה והכוח האלקטרומגנטי ". חשמלאי, 1893.
