Gravitatiepotentiaal
De bovenstaande vergelijking tot de vergelijking voor het werk in het verplaatsen van een massa met een straal R oneindig, verkregen door integratie van de zwaartekracht over deze afstand:
Het werk dat bij het verplaatsen van een massa van oneindig tot een straal R is dan ook
en dit staat bekend als de potentiële energie .
De aarde als voorbeeld, wordt het werk in het verplaatsen van een massa van het aardoppervlak oneindig gegeven door:
is the Earth's mass. waar G de universele gravitatieconstante, m is het object massa, r e is van de aarde straal, en m e is van de aarde massa.
De algemene relativiteitstheorie
Newton's opvatting en kwantificering van de zwaartekracht vastgehouden tot het begin van de 20e eeuw, toen de in Duitsland geboren natuurkundige Albert Einstein stelde de algemene relativiteitstheorie . In Einstein voorgesteld inertiaalbeweging optreedt wanneer voorwerpen in vrije val in plaats van wanneer deze in rust met betrekking tot een massief object zoals aarde (zoals het geval is in de klassieke mechanica). Het probleem is dat vlak spacetimes zoals de klassieke mechanica en speciale relativiteit er is geen manier waarop inertiaalwaarnemers kan versnellen ten opzichte van elkaar als vrije-val kan omdat elk worden versneld naar het midden van een massieve object.
Om rekening te houden met dit probleem, Einstein stelde voor dat ruimtetijd wordt gebogen door de aanwezigheid van materie, en dat vrij-vallende voorwerpen worden na de geodeten van de ruimtetijd. Meer in het bijzonder, Einstein ontdekte het veld vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie, die de aanwezigheid van de materie en de kromming van de ruimtetijd betrekking hebben. De Einstein veld vergelijkingen zijn een set van 10 gelijktijdige , niet-lineaire , differentiaalvergelijkingen die oplossingen bieden de componenten van de metrische tensor van de ruimtetijd. Dit metrische tensor maakt het mogelijk om niet alleen de hoeken en afstanden te berekenen tussen de ruimte-tijd intervallen (segmenten) gemeten met de coördinaten waartegen de ruimtetijd spruitstuk wordt in kaart gebracht , maar ook de affiene-verbinding waarvan de kromming wordt verkregen, waardoor het beschrijven van de ruimtetijd van de geometrische structuur van . Opmerkelijke oplossingen van de Einstein veldvergelijkingen zijn onder andere:
De algemene relativiteitstheorie heeft genoten veel succes vanwege de manier waarop de voorspellingen zijn regelmatig bevestigd. Bijvoorbeeld:
Bijzonderheden
De aardse zwaartekracht
Zuidelijke Oceaan zwaartekrachtveld
Elke planetaire lichaam, met inbegrip van de Aarde, wordt omringd door zijn eigen zwaartekracht, die een aantrekkingskracht op een object dat valt onder zijn invloed uitoefent. Dit veld is evenredig met de massa van het lichaam en omgekeerd evenredig met het kwadraat van afstand van het lichaam. Het gravitatieveld is numeriek gelijk aan de versnelling van de objecten onder zijn invloed, en de waarde op het aardoppervlak, aangeduid g, is ongeveer 9,81 m / s ² of 32,2 m / s ². Dit betekent dat het negeren van de luchtweerstand, een object in vrije val geraken in de buurt van het aardoppervlak toename van de snelheid met 9,81 m / s (ongeveer 22 mph) voor elke seconde van haar afkomst. Aldus wordt een object wegrijden een snelheid van 9,81 m / s te bereiken na een seconde 19,62 m / s na twee seconden, enzovoort. Volgens 3e wet van Newton, de aarde zelf ervaart een gelijke en tegengestelde kracht om dat die op de vallende voorwerp, wat betekent dat de aarde ook in hoog tempo naar het voorwerp. Omdat de massa van de aarde grote de versnelling die op het aarde dezelfde kracht verwaarloosbaar.
Vergelijkingen een vallend lichaam
Onder normale aardse omstandigheden, wanneer objecten door naar een constante zwaartekracht een set van kinematische en dynamische vergelijkingen beschrijven de resulterende trajecten. Bijvoorbeeld Newton zwaartekracht vereenvoudigt F = mg, waarbij m de massa van het lichaam. Deze veronderstelling is redelijk voor vallende voorwerpen naar de aarde over de relatief korte verticale afstanden van onze dagelijkse ervaring, maar is heel erg niet waar over grotere afstanden, zoals ruimtevaartuigen trajecten, omdat de versnelling ver van het oppervlak van de Aarde zal in het algemeen niet g . Een ander voorbeeld is de uitdrukking die we gebruiken voor de berekening van de potentiële energie van een lichaam = mgh. Deze uitdrukking kan alleen worden gebruikt op kleine afstand van de aarde. Ook de uitdrukking voor de maximale hoogte bereikt door een verticale projectie lichaam "h u ^ 2/2g" is nuttig voor kleine hoogte en kleine initiële snelheden alleen. In het geval van grote initiële snelheden moeten we het principe van behoud van energie gebruiken het vinden van de maximale hoogte bereikt.
Zwaartekracht en astronomie
De ontdekking en de toepassing van de wet van Newton van de zwaartekracht is goed voor de gedetailleerde informatie die we hebben over de planeten in ons zonnestelsel, de massa van de zon, de afstand tot sterren en zelfs de theorie van de donkere materie . Hoewel we nog niet afgereisd naar alle planeten, noch aan de zon, we kennen hun massa. De massa wordt verkregen door toepassing van de wetten van de zwaartekracht van de gemeten kenmerken van de baan. In de ruimte een object behoudt zijn baan als gevolg van de kracht van de zwaartekracht die op het. Planeten sterren, sterren baan galactische centra , sterrenstelsels baan een centrum van de massa in clusters en clusters baan in superclusters .
Gravity versus zwaartekracht
Het is belangrijk op te merken, in een bepaalde context, dat de zwaartekracht niet de zwaartekracht, per se. De zwaartekracht is een fenomeen onafhankelijk van een bepaalde oorzaak. Sommigen speculeren dat het mogelijk is om de zwaartekracht te bestaan zonder een kracht, volgens de algemene relativiteitstheorie, dat is inderdaad het geval. In gemeenschappelijk gebruik "gravity" en "zwaartekracht" worden ofwel door elkaar gebruikt, of het onderscheid is soms dat "gravity" specifiek is de aantrekkingskracht van de aarde, terwijl de "zwaartekracht" is de algemene eigenschap van de wederzijdse aantrekking tussen lichamen van de materie. Technisch gebruik "zwaartekracht" de neiging van de organen naar elkaar te versnellen en "dichtheid" is de kracht die bepaalde theorie gebruiken om deze versnelling verklaren.
De zwaartekracht was nogal slecht begrepen totdat Isaac Newton formuleerde zijn wet van de zwaartekracht in de 17e eeuw . Newton's theorie wordt nog steeds veel gebruikt voor vele praktische doeleinden, maar voor de meer gevorderde werk dat is vervangen door Einstein 's algemene relativiteitstheorie . Terwijl een groot deel is nu bekend over de eigenschappen van de zwaartekracht, de uiteindelijke oorzaak van de zwaartekracht blijft een open vraag en de zwaartekracht blijft een belangrijk onderwerp van wetenschappelijk onderzoek.
Toepassingen
Een groot aantal mechanische vindingrijkheid hangt in wijze aan de zwaartekracht de werking. Bijvoorbeeld, een hoogteverschil een nuttig drukverschil voorzien in een vloeistof, zoals in het geval van een infuus of water toren . De gravitationele potentiële energie van water kan worden gebruikt voor het genereren van hydro-elektriciteit , alsmede om een tram te slepen op een helling, met behulp van een systeem van watertanks en katrollen, de Lynton en Lynmouth Cliff Railway [1] in Devon , Engeland heeft zo'n systeem . Ook een gewicht opknoping van een kabel via een katrol een constante spanning in de kabel, onder het deel aan de andere zijde van de poelie op het gewicht.
Voorbeelden zijn talrijk: bijvoorbeeld gesmolten lood als uitgegoten in de top van een schot toren , samensmelten een regen bolvormige loodhagel, eerste scheidingsorganen in druppeltjes, die gesmolten bollen en tenslotte bevriezing vaste, ondergaan veel hetzelfde effect als meteorieten tektieten , die zal afkoelen in bolvormig, of bijna-bolvormen in vrije val . Ook een fractionering toren kan gebruikt worden om materiaal te vervaardigen door afscheiding van het materiaal componenten op basis van de dichtheid . Gewicht aangedreven klokken worden aangedreven door de zwaartekracht potentiële energie, en slinger klokken afhankelijk zijn van de zwaartekracht om tijd te reguleren. Kunstmatige satellieten vormen een toepassing van de zwaartekracht, die wiskundig beschreven in Newton's Principia .
Zwaartekracht wordt gebruikt in geofysische exploratie tot dichtheid contrasten te onderzoeken in de bodem van de Aarde. Sensitive gravimeters gebruiken ingewikkelde veer en massa systeem (meestal) de sterkte van de "neerwaartse" component van de zwaartekracht in een punt te meten. Het meten van veel stations over een gebied laat zien afwijkingen gemeten in mGal of microgal (1 gal is 1 cm / s ^ 2. De gemiddelde zwaartekrachtversnelling is ongeveer 981 gal, of 981.000 mGal.). Na correcties voor de schuinte van de Aarde, hoogte, terrein, instrument drift, enz., zijn deze afwijkingen onthullen gebieden van hogere of lagere dichtheid in de korst. Deze methode wordt veel gebruikt in minerale en aardolie-exploratie, evenals time-lapse grondwatermodellering. De nieuwste instrumenten zijn gevoelig genoeg om de aantrekkingskracht van de operator zich over hen te lezen.
Alternatieve theorieën
Historische alternatieve theorieën
Recente alternatieve theorieën
electrogavitics, magnetogravitics, zwaartekracht golf harmonischen: elektro: (vb. zie boeken gepubliceerd door integriteit onderzoeksinstituut [2] ) basisprincipe: elektronen push, pull protonen - met behulp van dit principe, Nikola Tesla voorspeld zwaartekracht afstoting in de jaren 1880, experimenteerde met het in de jaren 1890, en ontwierp de sigaarvormige vliegtuigen in het begin van de 20e eeuw. De Biefeld-Brown effect (1923) toont dit aan en Thomas Townsend Brown later ontworpen asymmetrische condensatoren suchas de schijfvormige vliegtuigen met een negatief elektrisch geladen (afstoting) plaat aan de onderzijde en de positief geladen (attractie) plaat op de top. de zwaartekracht golf harmonischen (bijv. zie boek: Hoe een vliegende schotel en andere voorstellen in speculatieve Engineering, TB Pawlicki samenstellen): de zwaartekracht is een golf als alle andere - alle planeten rust op harmonische intervallen in een staande golf van de bron van de golf, de zon.
Zie ook
Opmerkingen
- Opmerking 1 : Proposition 75, Stelling 35: p.956 - I.Bernard Cohen en Anne Whitman, vertalers: Isaac Newton, de Principia: Mathematical Principles of Natural Philosophy. Voorafgegaan door A Guide to Principia van Newton, door I. Bernard Cohen. University of California Press 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- Opmerking 3 : Max Born ( 1.924 (. De 1962 Dover editie, pagina 348 lijsten een tabel met het documenteren van de waargenomen en berekende waarden voor de precessie van het perihelium van Mercurius, Venus en de Aarde)), Einstein's Relativiteitstheorie
Referenties
- ^ Clark, John, OE (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8 .
- Halliday, David, Robert Resnick, Kenneth S. Krane (2001) Natuurkunde v. 1.. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9 .
- Serway, Raymond A., Jewett, John W. (2004). Natuurkunde voor wetenschappers en ingenieurs, 6th ed.., Brooks / Cole. ISBN 0-534-40842-7 .
- . Tipler, Paul (2004) Fysica voor wetenschappers en ingenieurs. Mechanica, trillingen en golven, thermodynamica, 5th ed., WH Freeman. ISBN 0-7167-0809-4 .
- Jefimenko, Oleg D. , "Causaliteit, elektromagnetische inductie, en zwaartekracht: een andere benadering van de theorie van de elektromagnetische en de zwaartekracht velden". Star City [West Virginia]:. Electret Scientific Co, c1992 ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, Oliver , " A zwaartekracht en elektromagnetische analogie ". De elektricien, 1893.
