Hấp dẫn tiềm năng
Các phương trình ở trên dẫn đến các phương trình cho các công việc được thực hiện trong việc di chuyển một khối lượng từ một bán kính R đến vô cùng, mà là thu được bằng cách tích hợp các lực lượng của lực hấp dẫn hơn khoảng cách này:
Công việc được thực hiện khi di chuyển một khối lượng từ vô cực đến một bán kính R là do đó
và điều này được gọi là năng lượng tiềm năng hấp dẫn .
Sử dụng trái đất như là một ví dụ, các công việc được thực hiện trong việc di chuyển một khối lượng từ bề mặt của trái đất đến vô cùng được cho bởi:
is the Earth's mass. trong đó G là hằng số hấp dẫn phổ quát, m là khối lượng của đối tượng, e r là bán kính của Trái Đất, và m e là khối lượng của Trái đất.
Thuyết tương đối
Quan niệm và định lượng của lực hấp dẫn của Newton đã tổ chức cho đến đầu thế kỷ 20, khi Đức sinh vật lý học Albert Einstein đã đề xuất lý thuyết tương đối tổng quát . Trong lý thuyết này, Einstein đã đề xuất rằng chuyển động quán tính xảy ra khi đối tượng được miễn giảm thay vì khi họ đang ở phần còn lại đối với một vật thể lớn như trái đất (như trường hợp trong cơ học cổ điển). Vấn đề là trong Spacetimes bằng phẳng như những người của cơ học cổ điển và thuyết tương đối đặc biệt , không có cách nào mà các nhà quan sát quán tính có thể tăng tốc độ đối với nhau, như miễn phí thuộc cơ quan có thể làm như họ từng được gia tốc về phía trung tâm của một lớn đối tượng.
Để đối phó với khó khăn này, Einstein đã đề xuất rằng không-thời gian cong bởi sự hiện diện của vật chất, và rằng các đối tượng miễn giảm theo các trắc địa của không-thời gian. Cụ thể hơn, Einstein đã phát hiện ra phương trình của thuyết tương đối rộng, liên quan đến sự hiện diện của vật chất và độ cong của không-thời gian. Các phương trình của Einstein là một tập hợp của 10 đồng thời không tuyến tính , phương trình vi phân có các giải pháp cung cấp cho các thành phần của các tensor số liệu của không thời gian. Điều này tensor số liệu để tính toán không chỉ góc độ và khoảng cách giữa không-thời gian khoảng thời gian (phân đoạn) được đo với các tọa độ dựa vào đó các không-thời gian đa dạng đang được ánh xạ nhưng cũng có các kết nối-affine mà từ đó độ cong được thu được, do đó mô tả cấu trúc hình học của của không-thời gian . Giải pháp đáng chú ý của các phương trình của Einstein bao gồm:
Thuyết tương đối đã đạt được nhiều thành công bởi vì tiên đoán của nó đã được xác nhận thường xuyên. Ví dụ:
Chi tiết cụ thể
Của trọng lực trái đất
Southern Ocean trọng lực lĩnh vực
Mỗi cơ thể hành tinh, bao gồm cả Trái Đất, được bao quanh bởi trường hấp dẫn của riêng mình, tạo nên một lực hấp dẫn trên bất kỳ đối tượng mà đi kèm theo ảnh hưởng của nó. Trường này là tỷ lệ thuận với khối lượng của cơ thể và thay đổi nghịch với bình phương của khoảng cách từ cơ thể. Trường hấp dẫn số lượng bằng sự tăng tốc của các đối tượng thuộc phạm vi ảnh hưởng của nó, và giá trị của nó ở bề mặt của Trái đất, ký hiệu là g, khoảng 9,81 m / s ² hay 32,2 ft / s ². Điều này có nghĩa rằng, bỏ qua sức cản không khí, một đối tượng rơi tự do gần bề mặt của trái đất tăng ở tốc độ 9,81 m / s (khoảng 22 mph) cho mỗi thứ hai có nguồn gốc của nó. Như vậy, một đối tượng bắt đầu từ phần còn lại sẽ đạt được một tốc độ 9,81 m / s sau khi một giây, 19,62 m / s sau khi hai giây, và như vậy. Theo Luật thứ 3 của Newton, bản thân trái đất trải qua một lực lượng bằng nhau và ngược lại cho rằng hành động trên các đối tượng rơi xuống, có nghĩa rằng trái đất cũng tăng tốc hướng về đối tượng. Tuy nhiên, do khối lượng của trái đất là rất lớn, gia tốc sinh ra trên trái đất này cùng một lực lượng là không đáng kể.
Phương trình cho một cơ thể rơi xuống
Trong điều kiện bình thường bị ràng buộc trái đất, khi đối tượng di chuyển do lực hấp dẫn liên tục một tập hợp các phương trình động học và động lực mô tả quỹ đạo kết quả. Ví dụ, pháp luật của lực hấp dẫn đơn giản hóa của Newton F = mg, trong đó m là khối lượng của cơ thể. Giả định này là hợp lý cho các đối tượng rơi xuống đất trên tương đối ngắn khoảng cách thẳng đứng của kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta, nhưng rất nhiều sai sự thật trên một khoảng cách lớn hơn, chẳng hạn như quỹ đạo tàu vũ trụ, bởi vì sự tăng tốc từ bề mặt trái đất sẽ không nói chung là g . Một ví dụ khác là sự biểu hiện mà chúng tôi sử dụng cho việc tính toán năng lượng tiềm năng của một cơ thể = MGH. Biểu thức này có thể chỉ được sử dụng trên một khoảng cách nhỏ từ trái đất. Tương tự, biểu hiện cho chiều cao tối đa đạt được một cơ thể theo chiều dọc dự, "h = u ^ 2/2g" là hữu ích cho chiều cao nhỏ và vận tốc ban đầu nhỏ. Trong trường hợp của vận tốc ban đầu lớn, chúng ta phải sử dụng các nguyên tắc bảo tồn năng lượng để tìm chiều cao tối đa đạt.
Trọng lực và thiên văn học
Phát hiện và áp dụng pháp luật của Newton về lực hấp dẫn tài khoản cho các thông tin chi tiết chúng tôi có về các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng tôi, khối lượng của mặt trời, khoảng cách tới các ngôi sao và thậm chí cả các lý thuyết về vật chất tối . Mặc dù chúng tôi đã không đi đến tất cả các hành tinh cũng không phải mặt trời, chúng ta biết khối lượng của chúng. Khối lượng thu được bằng cách áp dụng các quy luật hấp dẫn với các đặc tính đo lường của quỹ đạo. Trong không gian một đối tượng duy trì của quỹ đạo của lực lượng của lực hấp dẫn làm theo điều đó. Sao quỹ đạo các hành tinh, quỹ đạo sao trung tâm thiên hà , thiên hà quỹ đạo một trung tâm của khối lượng trong các cụm, và cụm quỹ đạo trong các siêu .
Trọng lực so với lực hấp dẫn
Điều quan trọng là cần lưu ý, trong một số bối cảnh, lực hấp dẫn đó không phải là trọng lực, cho mỗi gia nhập. Hấp dẫn là một hiện tượng độc lập của bất kỳ nguyên nhân cụ thể. Một số đưa ra giả thuyết rằng nó có thể cho lực hấp dẫn để tồn tại mà không có một lực lượng, theo thuyết tương đối rộng, đó thực sự là trường hợp. Trong sử dụng thông thường "lực hấp dẫn" và "hấp dẫn" hoặc được sử dụng thay thế cho nhau, hoặc phân biệt được đôi khi là "lực hấp dẫn" cụ thể là lực hút của trái đất, trong khi "hấp dẫn" là tài sản chung của thu hút lẫn nhau giữa các cơ quan của vật chất. Trong việc sử dụng kỹ thuật "hấp dẫn" là xu hướng của các cơ quan để đẩy nhanh tiến độ đối với nhau, và "lực hấp dẫn" là lực lượng mà một số lý thuyết sử dụng để giải thích điều này tăng tốc.
Lực hấp dẫn khá kém hiểu cho đến khi Isaac Newton xây dựng pháp luật hấp dẫn của ông trong thế kỷ 17 . Lý thuyết của Newton được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích thực tế, mặc dù cho công việc tiên tiến hơn nó đã được thay thế bởi thuyết tương đối rộng của Einstein . Trong khi rất nhiều bây giờ được biết về các tính chất của lực hấp dẫn, nguyên nhân cuối cùng của lực hấp dẫn vẫn còn một câu hỏi mở và hấp dẫn vẫn là một chủ đề quan trọng của nghiên cứu khoa học.
Ứng dụng
Một số lớn của contrivances cơ khí phụ thuộc trong một số cách hấp dẫn cho hoạt động của họ. Ví dụ, một sự khác biệt chiều cao có thể cung cấp một sự khác biệt giữa áp lực hữu ích trong một chất lỏng, như trong trường hợp của một nhỏ giọt tĩnh mạch hay một tháp nước . Hấp dẫn tiềm năng năng lượng của nước có thể được sử dụng để tạo ra thủy điện cũng như để chuyên chở xe điện lên một nghiêng, bằng cách sử dụng một hệ thống bể chứa nước, ròng rọc, Lynton và Lynmouth Cliff đường sắt [1] ở Devon , Anh sử dụng chỉ là một hệ thống như vậy . Ngoài ra, trọng lượng treo từ một dây cáp trên một ròng rọc cung cấp một căng thẳng liên tục trong cáp, bao gồm cả phần ở phía bên kia của ròng rọc trọng lượng.
Ví dụ như rất nhiều: Ví dụ nóng chảy chì , khi đổ vào đầu của một tháp bắn , sẽ kết hợp lại thành một cơn mưa đạn chì hình cầu, 1 tách thành những giọt, tạo thành quả cầu nóng chảy, và cuối cùng đóng băng rắn, trải qua nhiều tác dụng tương tự như tektites thiên thạch , sẽ làm mát thành các hình dạng hình cầu, hình cầu gần như rơi tự do . Ngoài ra, một phân đoạn tháp có thể được sử dụng để sản xuất một số tài liệu bằng cách tách các thành phần vật liệu trên cơ sở của lực hấp dẫn cụ thể . Trọng lượng điều khiển đồng hồ được cung cấp bằng năng lượng tiềm năng hấp dẫn, và con lắc đồng hồ phụ thuộc vào trọng lực để điều chỉnh thời gian. Nhân tạo tinh là một ứng dụng hấp dẫn của toán học đã được mô tả trong Principia của Newton .
Lực hấp dẫn được sử dụng trong thăm dò địa vật lý để điều tra mật độ tương phản ở dưới bề mặt của Trái đất. Gravimeters nhạy cảm sử dụng một hệ thống mùa xuân và khối lượng phức tạp (trong hầu hết các trường hợp) để đo lường sức mạnh của các thành phần "đi xuống" của lực hấp dẫn tại một điểm. Đo nhiều trạm trên một khu vực cho thấy bất thường đo trong mGal hoặc microGal (1 gal là 1 cm / s ^ 2 tăng tốc hấp dẫn trung bình là khoảng 981 gal, (981.000 mGal).). Sau khi chỉnh sửa cho sự nghiêng về của Trái đất, độ cao, địa hình, trôi dạt cụ, vv, những bất thường này cho thấy các khu vực mật độ cao hơn hoặc thấp hơn trong lớp vỏ. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các khoáng sản và thăm dò dầu khí, cũng như mô hình nước ngầm thời gian trôi đi. Các công cụ mới nhất là nhạy cảm, đủ để lực hấp dẫn của các nhà điều hành đứng trên họ.
Thay thế lý thuyết
Lịch sử thay thế lý thuyết
Thay thế những lý thuyết gần đây
electrogavitics, magnetogravitics, giai điệu sóng lực hấp dẫn: electrogravitics: (ví dụ: xem sách được xuất bản bởi toàn vẹn viện nghiên cứu [2] ) nguyên tắc cơ bản: đẩy electron, proton kéo - bằng cách sử dụng nguyên tắc này, Nikola Tesla dự đoán lực đẩy hấp dẫn trong những năm 1880, thử nghiệm với nó trong những năm 1890, thiết kế máy bay hình điếu xì gà trong những năm đầu thế kỷ 20. Hiệu quả Biefeld-Brown (1923) minh chứng điều này & Thomas Townsend Brown sau đó thiết kế do không đối xứng tụ suchas máy bay hình đĩa với một tấm tiêu cực điện (lực đẩy) tính trên dưới cùng tấm (thu hút) mang điện tích dương trên đầu trang. giai điệu (ví dụ nhìn thấy cuốn sách: Làm thế nào để xây dựng một tàu vũ trụ bay, và đề xuất khác trong ngành kỹ thuật đầu cơ, TB Pawlicki): lực hấp dẫn là một làn sóng giống như bất kỳ khác - tất cả các phần còn lại các hành tinh trong khoảng thời gian hài hòa trong một làn sóng đứng từ nguồn của sóng lực hấp dẫn sóng, ánh nắng mặt trời.
Xem thêm
Ghi chú
- Lưu ý 1 : Dự Luật 75, lý 35: p.956 - I.Bernard Cohen và Anne Whitman, dịch giả: Isaac Newton, Principia: Nguyên tắc Toán học của Triết học tự nhiên. Trước Hướng dẫn Principia của Newton, I. Bernard Cohen. University of California Press 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
- Lưu ý 3 : Max Born ( năm 1924 (phiên bản 1962 Dover, trang 348 liệt kê một bảng ghi các giá trị quan sát và tính toán cho sự tiến động của điểm cận nhật của sao Thủy, sao Kim, Trái đất)), Lý thuyết tương đối rộng của Einstein
Tài liệu tham khảo
- Clark, John, OE (2004). Từ điển Khoa học chủ yếu của. Barnes & Noble Books ISBN 0-7607-4616-8 .
- Halliday, David, Robert Resnick, Kenneth S. Krane (2001) Vật lý câu 1. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9 .
- Serway, Raymond A., Jewett, John W. (2004). Vật lý cho các nhà khoa học và kỹ sư, 6, Brooks / Cole. ISBN 0-534-40842-7 .
- Vật lý. Tipler, Paul (2004) cho các nhà khoa học và kỹ sư: Cơ khí, Dao động và sóng, nhiệt động học, 5, WH Freeman ISBN 0-7167-0809-4 .
- Jefimenko, Oleg D. , "nhân quả, cảm ứng điện từ, và lực hấp dẫn: một cách tiếp cận khác nhau để các lý thuyết của các trường điện từ và hấp dẫn". Star City West Virginia]: Electret khoa học Công ty, c1992 ISBN 0-917406-09-5
- Heaviside, Oliver , " Một tương tự hấp dẫn và điện từ "thợ điện, 1893.
