Grawitacyjny potencjał
Powyższe równanie prowadzi do równania za pracę w ruchu masy od promienia R do nieskończoności, która jest uzyskiwana przez całkowanie siły ciężkości nad tym dystansie:
Praca wykonana podczas przenoszenia masy od nieskończoności do promienia R jest więc
i to jest znane jako grawitacyjnej energii potencjalnej .
Korzystanie z Ziemi jako przykład, praca wykonana w przenoszeniu masy z powierzchni Ziemi do nieskończoności jest dana przez:
is the Earth's mass. gdzie G jest uniwersalną stałą grawitacji, M jest masa obiektu, r e jest promień Ziemi, a m e jest masa Ziemi.
Ogólna teoria względności
Koncepcja Newtona i kwantyfikacja grawitacji wstrzymane aż do początku 20 wieku, kiedy niemiecki fizyk urodzony Albert Einstein zaproponował ogólną teorię względności . W teorii tej Einstein zaproponował, że inercyjny ruch występuje wtedy, gdy obiekty są w wolnym spadać zamiast gdy są w spoczynku w stosunku do masywnego obiektu, takie jak Ziemi (jak ma to miejsce w mechanice klasycznej). Problemem jest to, że w płaskich spacetimes takich jak mechaniki klasycznej i względności specjalnych , nie ma możliwości, że inercyjny obserwatorzy mogą przyspieszyć w stosunku do siebie, jako free-spadające ciała mogą robić, co każdy z nich są przyspieszane w kierunku centrum masywny obiekt.
Aby poradzić sobie z tą trudnością, Einstein zaproponował, że czasoprzestrzeń jest zakrzywiona w obecności materii, a swobodnie spadające obiekty są w następstwie geodezji w czasoprzestrzeni. Dokładniej mówiąc, Einstein odkrył równania pola ogólnej teorii względności, które dotyczą obecności materii i krzywizny czasoprzestrzeni. Równań Einsteina pole to zestaw 10 jednoczesnych i nieliniowych i równań różniczkowych , których rozwiązania dają składników tensora metrycznego czasoprzestrzeni. To tensora metrycznego pozwala obliczyć nie tylko kątów i odległości między przestrzenno-czasowych odstępach czasu (segmenty) mierzonych z współrzędnymi , przeciwko którym czasoprzestrzeń Kolektor jest mapowany ale także afinicznej-połączenie z których krzywizna jest uzyskiwana w ten sposób opisania czasoprzestrzeni tych struktury geometrycznej . Znani rozwiązań równań Einsteina dziedzinie obejmują:
Ogólna teoria względności odniosła wiele sukcesów z powodu sposobu jej przewidywania były regularnie potwierdzone. Na przykład:
Specyfika
Ziemska grawitacja
Południowe pole grawitacyjne Ocean
Każde ciało planetarne, w tym Ziemi, jest otoczona własnym polu grawitacyjnym, która wywiera siłę przyciągania na dowolnym obiekcie, który przychodzi pod jego wpływem. To pole jest proporcjonalna do masy ciała i jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości od ciała. Pole grawitacyjne jest liczbowo równy przyspieszenia obiektów pod jej wpływem, a jego wartość na powierzchni Ziemi, oznaczana g, wynosi około 9,81 m / s ² lub 32,2 m / s ². Oznacza to, że, pomijając opór powietrza, obiekt spada swobodnie w pobliżu Ziemi wzrasta powierzchniowych prędkości przez 9.81 m / s (około 22 mil na godzinę) dla każdej sekundy jego pochodzenia. Tak więc obiekt od reszty osiągnie prędkość 9.81 m / s po jednej sekundy, 19,62 m / s po dwóch sekundach i tak dalej. Według 3 Prawa Newtona, ziemia sama doświadcza równe i przeciwne siły do że działając na obiekcie spadku, co oznacza, że ziemia także przyspiesza w kierunku obiektu. Ponieważ jednak masa Ziemi jest ogromna, przyspieszenie produkowane na ziemi przez tę samą siłą jest znikoma.
Równania dla organu objętego
W normalnych warunkach do robót związanych, gdy obiekty poruszać dzięki stałej siły grawitacji zestaw równań kinematycznych i dynamicznych opisać wynikowe trajektorie. Na przykład prawo grawitacji Newtona upraszcza do F = mg, gdzie m jest masa ciała. Założenie to jest rozsądne dla obiektów należących do Ziemi w ciągu stosunkowo krótkich odległościach pionowych naszego codziennego doświadczenia, ale jest bardzo dużo nieprawdziwych dużych odległości, takich jak trajektorii statków kosmicznych, ponieważ przyspieszenie daleko od powierzchni Ziemi nie będzie w ogóle być g . Innym przykładem jest wyrażenie, które używamy do obliczania energii potencjalnej ciała = mgh. To wyrażenie może być używana tylko na małych odległościach od Ziemi. Podobnie wyrażenie maksymalnej wysokości osiągniętego przez pionowo projektowanego ciała ", h = u ^ 2/2g" jest przydatne dla małych wysokościach i małych prędkościach początkowych tylko. W przypadku dużych prędkościach początkowych musimy zastosować zasadę zachowania energii, aby znaleźć maksymalna wysokość osiągnięta.
Grawitacja i astronomia
Odkrycie i zastosowanie prawa Newtona rachunków ciężkości dla szczegółowych informacji mamy o planetach naszego układu słonecznego, masa Słońca, odległość do gwiazd, a nawet teorię ciemnej materii . Chociaż nie udało się do wszystkich planet, ani słońca, znamy ich masę. Masa uzyskuje się przez zastosowanie prawom grawitacji do mierzonych cech orbicie. W przestrzeni obiekt zachowuje swoją orbitę z powodu siły grawitacji działającej na nim. Gwiazdy planety obiegają, gwiazdy orbit galaktycznych centrów , w galaktyki obiegają środek masy w klastry oraz klastry orbita w supergromady .
Gravity kontra grawitacja
Ważne jest, aby zauważyć, że w pewnych kontekstach, że grawitacja nie jest grawitacja, per se. Grawitacja to zjawisko niezależne od jakiejkolwiek przyczyny. Niektórzy uważają, że możliwe jest grawitacja istnieć bez siły, zgodnie z ogólną teorią względności, które jest w istocie. W powszechnym użyciu "grawitacja" i "grawitacja" są albo używane zamiennie, lub wyróżnienie się czasem, że "grawitacja" jest specjalnie siła przyciągania ziemi, podczas gdy "grawitacja" jest ogólną właściwością wzajemnego przyciągania się ciał materii. W technicznych użytkowania "grawitacja" jest tendencja organów w celu przyspieszenia do siebie, i "grawitacja" jest siłą, że niektóre teorie wykorzystać do wyjaśnienia tego zjawiska.
Gravity był raczej słabo poznane dopiero Isaac Newton sformułował swoje prawo grawitacji w 17 wieku . Teoria Newtona jest nadal powszechnie stosowany do wielu praktycznych celów, choć do pracy bardziej zaawansowanym został wyparty przez Einsteina 's ogólnej teorii względności . Choć wiele jest teraz wiadomo o właściwościach grawitacji, ostateczną przyczyną grawitacji pozostaje kwestią otwartą i grawitacja jest ważnym tematem badań naukowych.
Aplikacje
Ogromna liczba mechanicznych konstrukcji podatkowych zależy w jakiś sposób na przyciąganie ziemskie dla ich funkcjonowania. Dla przykładu, różnica wysokości może stanowić użyteczną różnicę ciśnień w cieczy, tak jak w przypadku dożylnego wlewu lub wieży wodnej . Grawitacyjna energia potencjalna wody może być używany do generowania energii wodnej , a także do ciągnięcia na tramwaj w górę pochyłości, za pomocą systemu zbiorników wodnych i kół pasowych, Lynton i Lynmouth Cliff kolejowy [1] w Devon , Anglia zatrudnia tylko taki system . Również waga wiszące z kabla nad kołem pasowym zapewnia stałe napięcie w kablu, w tym część po drugiej stronie koła pasowego do masy.
Przykłady są liczne: Na przykład roztopiony ołów , kiedy przelewa się na szczycie wieży strzał , będzie mieszać w deszczu kulistego śrutu ołowiowego, najpierw oddzielając w kropelki, tworząc stopione sfer i wreszcie zamrażania stałe, przeżywa wiele takich samych efektów jak meteoryczne tektyty , które ostygnie w kuliste lub prawie kuliste kształty w wolnym upadku r. Również frakcjonowanie wieża może być używane do wytwarzania niektórych materiałów przez oddzielenie składników materialnych na podstawie ich gęstości . Waga napędzane zegary są zasilane przez grawitacyjnej energii potencjalnej, a zegary wahadłowe zależy od ciężkości do regulowania czasu. Sztuczne satelity są stosowanie grawitacji, który matematycznie opisane w Newtona Principia .
Grawitacja jest używany w geofizycznych badań w celu zbadania kontrastów gęstości w górotworze Ziemi. Wrażliwe grawimetry wykorzystać skomplikowany system sprężyn i masa (w większości przypadków) do pomiaru siły "w dół" składnik siły grawitacyjnej w punkcie. Pomiar wiele stacji na obszarze ujawnia anomalii mierzonych w mgal lub microGal ust 1 gal wynosi 1 cm / s ^ 2. Średnia przyspieszenie grawitacyjne wynosi około 981 gal, albo 981,000 mgal.). Po korektach na nachylenie Ziemi, wysokość npm, ukształtowanie terenu, dryfu rozdzielczej, itp., anomalie te ujawniają obszary wyższej lub niższej gęstości w skorupie. Metoda ta jest szeroko stosowane w kopaliny i poszukiwania ropy naftowej, jak również ciągły modelowanie wód gruntowych. Najnowsze instrumenty są wystarczająco czułe, aby zapoznać się z grawitacyjnego operatora stojącego nad nimi.
Alternatywne teorie
Historyczne teorie alternatywne
Najnowsze teorie alternatywne
electrogavitics i magnetogravitics, harmoniczne fali Grawitacji: electrogravitics: (np. patrz książki wydane przez integralności instytutu badawczego [2] ) Podstawowa zasada: push elektrony, protony pull - za pomocą tej zasady, Nikola Tesla przewidział grawitacyjne odpychanie w 1880 roku eksperymentował z nim 1890, i zaprojektował cygarokształtnego samolotu na początku 20 wieku. Biefeld-Brown efekt (1923) demonstruje to i Thomas Townsend Brown później zaprojektowane asymetryczny kondensatory na płycie suchas kształcie samolotu z ujemnie naładowanym ust odpychania elektrycznego) płytkę na dnie i dodatnio naładowany (atrakcją) płyta na górze. harmonicznych fal grawitacyjnych (np. patrz książka: Jak zbudować latający spodek i inne propozycje spekulacyjnych Inżynierii TB Pawlicki): grawitacja jest falą, jak każda inna - cała reszta planet w harmonicznych odstępach w fali stojącej od źródła fala, niedz
Zobacz także
Uwagi
- Uwaga 1 : Propozycja 75, Twierdzenie 35: p.956 - I.Bernard Cohen i Anne Whitman, tłumacze: Isaac Newton, Principia: Matematyczne zasady filozofii przyrody. Poprzedzone Przewodnik po Principia Newtona, I. Bernard Cohen. University of California Press 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- Uwaga 3 : Max Born ( jeden tysięcy dziewięćset dwadzieścia czterech (. 1962 Dover wydanie, strona 348 listy tabeli dokumentowania zaobserwowanych i obliczone wartości dla precesji peryhelium Merkurego, Wenus i Ziemia)), teoria względności Einsteina
Referencje
- ^ Clark, John, OE (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble książek. ISBN 0-7607-4616-8 r.
- Halliday David, Resnick Robert, Kenneth S. Krane (2001) Fizyka v. 1.. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9 .
- Serway, Raymond A., Jewett, John W. (2004). Fizyka dla naukowców i inżynierów, 6. ed., Brooks / Cole. ISBN 0-534-40842-7 r.
- . Tipler, Paul (2004) Fizyka dla naukowców i inżynierów: a. mechanika, drgań i fal, termodynamiki, ed 5th, WH Freeman. ISBN 0-7167-0809-4 r.
- Jefimenko, Oleg D. "Przyczynowość, indukcji elektromagnetycznej, a grawitacja: odmienne podejście do teorii elektromagnetyczne i grawitacyjne pola". Star City [West Virginia]. Elektretowy Scientific Co c1992 ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, Oliver , " grawitacyjne i elektromagnetyczne analogia ". elektryk, 1893.
