Сила всемирного тяготения. Природоведение: Закон всемирного тяготения

О законе всемирного тяготения

Как говорил персонаж из советской киноклассики: «Не пора ли, друзья мои, нам замахнуться на Исаака, понимаете ли, м-м, нашего Ньютона?». Думаю, самая пора. Ньютона считают одним из величайших научных умов за всю историю человечества. Именно «Математические начала натуральной философии» заложили основу «научного мировоззрения», которое плавно переросло в воинствующий материализм, который стал основой научной парадигмы на целые столетия.

Право на единственность истины аргументировалась «точным знанием» о явлениях окружающего мира. Фундаментом этих самых «неопровержимых, точных знаний» стал «Закон Всемирного Тяготения» имени . Вот именно по фундаменту мы и вдарим! Покажем, что никакого закона тяготения в природе, на самом деле не существует , а всё здание современной физики построено даже не на песке, а на болотной хляби.

Для того, чтобы продемонстрировать несостоятельность гипотезы Ньютона о взаимном притяжении материи, достаточно одного-единственного исключения. Мы приведём несколько, и начнём с наиболее наглядного и легко проверяемого – с движения по своей орбите. Формулы известны каждому из курса средней школы, и расчёт доступен пятикласснику. Данные для расчёта можно взять хоть из Википедии, а потом проверить по научным справочникам.

Согласно Закону, движение небесных тел по орбитам обусловлено силой притяжения между массами тел и скоростью тел друг относительно друга. Так вот, посмотрим, куда направлена равнодействующая сил притяжения от Земли и Солнца, действующая на Луну в момент, когда пролетает между Землёй и Солнцем (хотя бы в момент солнечного затмения).

Сила притяжения, как известно, определяется формулой:

G – гравитационная постоянная.

m , M – массы тел.

R – расстояние между телами.

Возьмём из справочников: гравитационная постоянная, равная примерно 6,6725×10 −11 м³/(кг·с²).

Масса Луны – 7,3477×10 22 кг.

Масса Солнца – 1,9891×10 30 кг.

Масса Земли – 5,9737×10 24 кг.

Расстояние между Землёй и Луной = 380 000 000 м.

Расстояние между Луной и Солнцем = 149 000 000 000 м.

Подставив в формулу эти данные, получим:

Сила притяжения между Землёй и Луной = 6,6725×10 -11 х 7,3477×10 22 х 5,9737×10 24 / 3800000002 = 2,028×10 20 H

Сила притяжения между Луной и Солнцем = 6,6725×10 -11 х 7,3477·10 22 х 1,9891·10 30 / 1490000000002 = 4,39×10 20 H

Таким образом, согласно строгим научным данным и расчётам, сила притяжения между Солнцем и Луной, в момент прохождения Луны между Луной и Солнцем, более чем в 2 раза выше , чем между Землёй и Луной. И далее Луна должна продолжить свой путь по орбите вокруг Солнца, если б был справедлив тот самый «Закон всемирного тяготения». То есть, писаный Ньютоном закон для Луны – не указ .

Также отметим, что и Луна не проявляет своих притягивающих свойств по отношению к Земле: ещё во времена Лапласа учёных ставило в тупик поведение морских приливов , которые никак не зависят от Луны .

Ещё один факт . Луна, двигаясь вокруг Земли, должна была бы воздействовать на траекторию последней, таская Землю из стороны в сторону своим тяготением. В результате, траектория Земли должна была бы быть зигзагообразной, строго по эллипсу должен двигаться центр масс системы Луна-Земля:

Но, увы, ничего подобного не обнаружено, хотя современные методы позволяют это смещение в сторону и обратно, со скоростью около 12 метров в секунду, надёжно установить. Если б оно существовало на самом деле.

Не обнаружено и уменьшения веса тел при погружении в сверхглубокие шахты. Первая попытка проверки теории тяготения масс была предпринята на берегу Индийского океана, где, с одной стороны находится высочайшая в мире каменная гряда Гималаев, а с другой – чаша океана, заполненная куда менее массивной водой. Но, увы, отвес в сторону Гималаев не отклоняется! Более того, сверхчувствительные приборы – гравиметры – не обнаруживают разницы в тяжести пробного тела на одинаковой высоте над горами или над морями, хоть там будь глубина несколько километров.

И тогда учёный мир, чтоб спасти прижившуюся теорию, придумал для неё подпорку: мол причиной тому «изостазия» – мол, под морями располагаются более плотные породы, а под горами – рыхлые, причём плотность их аккурат такая, чтоб подогнать всё под нужный учёным ответ. Это просто песня!

Но если б это в научном мире был единственный пример подгонки окружающей реальности под представления о ней высоколобых мужей. Можно ещё привести вопиющий пример придуманной «элементарной частицы» – , которое было выдумано для объяснения «дефекта масс» в ядерной физике. Ещё раньше придумали «скрытую теплоту кристаллизации» в теплотехнике.

Но мы отвлеклись от «всемирного тяготения» . Ещё пример того, где предсказания этой теории никак не могут обнаружить – отсутствие надёжно установленных спутников у астероидов. Астероидов по небу летают тучи, а вот спутников ни у единого из них нет! Предпринятые попытки вывести на орбиту астероидов искусственные спутники окончились крахом. Первая попытка – зонд NEAR – подгоняли к астероиду Эрос американцы. Впустую. Вторая попытка – зонд ХАЯБУСА («Сокол»), японцы отправили к астероиду Итокава, и тоже ничего не вышло. Подобных примеров можно привести ещё массу, но не будем перегружать ими текст. (Более подробную информацию о ложности Закона Всемирного Тяготения см. в статье . – Ред.).

Обратимся к другой проблеме научного знания: а всегда ли есть возможность установить истину в принципе – хоть когда-либо вообще. Нет, не всегда. Приведём пример на основе все того же «всемирного тяготения». Как известно, скорость света конечна, в результате, удалённые объекты мы видим не там, где они расположены в данный момент, а видим их в той точке, откуда стартовал увиденный нами луч света. Многих звёзд, возможно, вообще нет, идёт только их свет – избитая тема. А вот тяготение – оно с какой скоростью распространяется? Ещё Лапласу удалось установить, что от Солнца исходит не оттуда, где мы его видим, а из другой точки. Проанализировав данные, накопленные к тому времени, Лаплас установил, что «гравитация» распространяется быстрее света, как минимум, на семь порядков ! Современные измерения отодвинули скорость распространения гравитации ещё дальше – как минимум, на 11 порядков быстрей скорости света .

Есть большие подозрения, что «гравитация» распространяется вообще мгновенно. Но если это на самом деле имеет место быть, то как это установить – ведь любые измерения теоретически невозможны без какой-либо погрешности. Так что мы никогда не узнаем – конечна ли эта скорость или бесконечна. А мир, в котором она имеет предел, и мир в котором она беспредельна – это «две большие разницы», и мы никогда не будем знать, в каком же мы мире живём! Вот он предел, который положен научному знанию. Принять ту или иную точку зрения – это дело веры , совершенно иррациональной, не поддающейся никакой логике. Как не поддаётся никакой логике вера в «научную картину мира», которая базируется на «законе всемирного тяготения», который существует лишь в зомбированных головах, и который никак не обнаруживается в окружающем мире...

Сейчас оставим ньютоновский закон, а в заключение приведём нагляднейший пример того, что законы, открытые на Земле, вовсе не универсальны для остальной Вселенной .

Природоведение: Закон всемирного тяготения

Более подробную и разнообразную информацию о событиях, происходящих в России, на Украине и в других странах нашей прекрасной планеты, можно получить на Интернет-Конференциях , постоянно проводящихся на сайте «Ключи познания» . Все Конференции – открытые и совершенно безплатные . Приглашаем всех интересующихся…

Когда он пришел к великому результату: одна и та же причина вызывает явления поразительно широкого диапазона - от падения брошенного камня на Землю до движения огромных космических тел. Ньютон нашел эту причину и смог точно выразить ее в виде одной формулы - закона всемирного тяготения.

Так как сила всемирного тяготения сообщает всем телам одно и то же ускорение независимо от их массы, то она должна быть пропорциональна массе того тела, на которое действует:

Но поскольку, например, Земля действует на Луну с силой, пропорциональной массе Луны, то и Луна по третьему закону Ньютона должна действовать на Землю с той же силой. Причем эта сила должна быть пропорциональна массе Земли. Если сила тяготения является действительно универсальной, то со стороны данного тела на любое другое тело должна действовать сила, пропорциональная массе этого другого тела. Следовательно, сила всемирного тяготения должна быть пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. Отсюда вытекает формулировка закона всемирного тяготения.

Определение закона всемирного тяготения

Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной .

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м. Ведь при m 1 =m 2 =1 кг и R =1 м получаем G=F (численно).

Нужно иметь в виду, что закон всемирного тяготения (4.5) как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис.4.2 ). Подобного рода силы называются центральными.

Можно показать, что однородные тела, имеющие форму шара (даже если их нельзя считать материальными точками), также взаимодействуют с силой, определяемой формулой (4.5). В этом случае R - расстояние между центрами шаров. Силы взаимного притяжения лежат на прямой, проходящей через центры шаров. (Такие силы и называются центральными.) Тела, падение которых на Землю мы обычно рассматриваем, имеют размеры, много меньшие, чем земной радиус (R≈6400 км). Такие тела можно, независимо от их формы, рассматривать как материальные точки и определять силу их притяжения к Земле с помощью закона (4.5), имея в виду, что R есть расстояние от данного тела до центра Земли.

Определение гравитационной постоянной

Теперь выясним, как можно найти гравитационную постоянную. Прежде всего заметим, что G имеет определенное наименование. Это обусловлено тем, что единицы (и соответственно наименования) всех величин, входящих в закон всемирного тяготения, уже были установлены ранее. Закон же тяготения дает новую связь между известными величинами с определенными наименованиями единиц. Именно поэтому коэффициент оказывается именованной величиной. Пользуясь формулой закона всемирного тяготения, легко найти наименование единицы гравитационной постоянной в СИ:

Н м 2 /кг 2 =м 3 /(кг с 2).

Для количественного определения G нужно независимо определить все величины, входящие в закон всемирного тяготения: обе массы, силу и расстояние между телами. Использовать для этого астрономические наблюдения нельзя, так как определить массы планет , Солнца, да и Земли, можно лишь на основе самого закона всемирного тяготения, если значение гравитационной постоянной известно. Опыт должен быть проведен на Земле с телами, массы которых можно измерить на весах.

Трудность состоит в том, что гравитационные силы между телами небольших масс крайне малы. Именно по этой причине мы не замечаем притяжение нашего тела к окружающим предметам и взаимное притяжение предметов друг к другу, хотя гравитационные силы - самые универсальные из всех сил в природе. Два человека массами по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой всего лишь порядка 10 -9 Н. Поэтому для измерения гравитационной постоянной нужны достаточно тонкие опыты.

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем в 1798 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Схема крутильных весов показана на рисунке 4.3. На тонкой упругой нити подвешено легкое коромысло с двумя одинаковыми грузиками на концах. Рядом неподвижно закреплены два тяжелых шара. Между грузиками и неподвижными шарами действуют силы тяготения. Под влиянием этих сил коромысло поворачивается и закручивает нить. По углу закручивания можно определить силу притяжения. Для этого нужно только знать упругие свойства нити. Массы тел известны, а расстояние между центрами взаимодействующих тел можно непосредственно измерить.

Из этих опытов было получено следующее значение для гравитационной постоянной:

Лишь в том случае, когда взаимодействуют тела огромных масс (или по крайней мере масса одного из тел очень велика), сила тяготения достигает большой величины. Например, Земля и Луна притягиваются друг к другу с силой F ≈2 10 20 H.

Зависимость ускорения свободного падения тел от географической широты

Одна из причин увеличения ускорения свободного падения при перемещении точки, где находится тело, от экватора к полюсам, состоит в том, что земной шар несколько сплюснут у полюсов и расстояние от центра Земли до ее поверхности у полюсов меньше, чем на экваторе. Другой, более существенной причиной является вращение Земли.

Равенство инертной и гравитационной масс

Самым поразительным свойством гравитационных сил является то, что они сообщают всем телам, независимо от их масс, одно и то же ускорение. Что бы вы сказали о футболисте, удар которого одинаково ускорял бы обыкновенный кожаный мяч и двухпудовую гирю? Каждый скажет, что это невозможно. А вот Земля является именно таким «необыкновенным футболистом» с той только разницей, что действие ее на тела не носит характера кратковременного удара, а продолжается непрерывно миллиарды лет.

Необыкновенное свойство гравитационных сил, как мы уже говорили, объясняется тем, что эти силы пропорциональны массам обоих взаимодействующих тел. Факт этот не может не вызывать удивления, если над ним хорошенько задуматься. Ведь масса тела, которая входит во второй закон Ньютона, определяет инертные свойства тела, т. е. его способность приобретать определенное ускорение под действием данной силы. Эту массу естественно назвать инертной массой и обозначить через m и .

Казалось бы, какое отношение она может иметь к способности тел притягивать друг друга? Массу, определяющую способность тел притягиваться друг к другу, следует назвать гравитационной массой m г .

Из механики Ньютона совсем не следует, что инертная и гравитационная массы одинаковы, т. е. что

Равенство (4.6) является непосредственным следствием из опыта. Оно означает, что можно говорить просто о массе тела как о количественной мере как инертных, так и гравитационных его свойств.

Закон всемирного тяготения является одним из самых универсальных законов природы. Он справедлив для любых тел, обладающих массой.

Значение закона всемирного тяготения

Но если подойти к этой теме, более кардинально, то выясняется, что закон всемирного тяготения не везде есть возможность его применения. Этот закон нашел свое применение для тел, которые имеют форму шара, его можно использовать для материальных точек, а также он приемлем для шара, имеющего большой радиус, где этот шар может взаимодействовать с телами, гораздо меньшими, чем его размеры.

Как вы уже догадались из информации, предоставленной на этом уроке, что закон всемирного тяготения является основой в изучении небесной механики. А как вы знаете, небесная механика изучает движение планет.

Благодаря этому закону всемирного тяготения, появилась возможность в более точном определении расположения небесных тел и возможность вычисления их траектории.

Но вот для тела и бесконечной плоскости, а также для взаимодействия бесконечного стержня и шара эту формулу применять нельзя.

С помощью этого закона Ньютон смог объяснить не только то, как движутся планеты, но и почему возникают морские приливы и отливы. По истечении времени, благодаря трудам Ньютона, астрономам удалось открыть такие планеты Солнечной системы, как Нептун и Плутон.

Важность открытия закона всемирного тяготения заключается в том, что с его помощью появилась возможность делать прогнозы солнечных и лунных затмений и с точностью рассчитывать движения космических кораблей.

Силы всемирного тяготения являются наиболее универсальными со всех сил природы. Ведь их действие распространяется на взаимодействие между любыми телами, имеющими массу. А как известно, то любое тело обладает массой. Силы тяготения действуют сквозь любые тела, так как для сил тяготения нет приград.

Задача

А теперь, чтобы закрепить знания о законе всемирного тяготения, давайте попробуем рассмотреть и решить интересную задачу. Ракета поднялась на высоту h равную 990 км. Определите, насколько уменьшилась сила тяжести, действующая на ракету на высоте h, по сравнению с силой тяжести mg, действующей на нее у поверхности Земли? Радиус Земли R = 6400 км. Обозначим через m массу ракеты, а через M массу Земли.

На высоте h сила тяжести равняется:

Отсюда вычислим:

Подстановка значение даст результат:

Легенду про то, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, получив яблоком по макушке, придумал Вольтер. Причем сам Вольтер уверял, что эту правдивую историю ему рассказала любимая племянница Ньютона Кэтрин Бартон. Вот только странно, что ни сама племянница, ни ее очень близкий друг Джонатан Свифт, в своих воспоминаниях о Ньютоне про судьбоносное яблоко никогда не упоминали. Кстати и сам Исаак Ньютон, подробно записывая в своих тетрадях результаты экспериментов по поведению разных тел, отмечал только сосуды, наполненные золотом, серебром, свинцом, песком, стеклом водой или пшеницей, ни как ни о яблоке. Впрочем, это не помешало потомкам Ньютона водить экскурсантов по саду в имении Вулсток и показывать им ту самую яблоню, пока ее не сломала буря.

Да, яблоня была, и яблоками наверняка с нее падали, но насколько велика заслуга яблока в деле открытия закона всемирного тяготения?

Споры о яблоке не затихают вот уже 300 лет, так же как и споры о самом законе всемирного тяготения верее о том, кому принадлежит приоритет открытия.ук

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

На склоне своих лет рассказал о том, как он открыл закон всемирного тяготения .

Когда молодой Исаак гулял в саду среди яблонь в поместье своих родителей, он увидел луну в дневном небе. И рядом с ним упало яблоко на землю, сорвавшись с ветки.

Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения, он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. И знал, что Луна не просто находится на небе, а вращается вокруг Земли по орбите, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Вот тут и пришла ему идея о том, что, возможно, одна и та же сила заставляет яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

До Ньютона ученые считали, что имеются два типа гравитации: земная гравитация (действующая на Земле) и небесная гравитация (действующая на небесах). Такое представление прочно закрепилось в сознании людей того времени.

Прозрение Ньютона заключалось в том, что он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.

Так и был открыт закон всемирного тяготения, который является одним из универсальных законов природы. Согласно закону, все материальные тела притягивают друг друга, причём величина силы тяготения не зависит от химических и физических свойств тел, от состояния их движения, от свойств среды, где находятся тела. Тяготение на Земле проявляется, прежде всего, в существовании силы тяжести, являющейся результатом притяжения всякого материального тела Землёй. С этим связан термин «гравитация» (от лат. gravitas - тяжесть) , эквивалентный термину «тяготение».

Закон тяготения гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Сама идея всеобщей силы тяготения неоднократно высказывалась и до Ньютона. Ранее о ней размышляли Гюйгенс, Роберваль, Декарт, Борелли, Кеплер, Гассенди, Эпикур и другие.

По предположению Кеплера, тяготение обратно пропорционально расстоянию до Солнца и распространяется только в плоскости эклиптики; Декарт считал его результатом вихрей в эфире.

Были, впрочем, догадки с правильной зависимостью от расстояния, но до Ньютона никто так и не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера).

В своём основном труде «Математические начала натуральной философии» (1687 г.) Исаак Ньютон вывел закон тяготения, основываясь на эмпирических законах Кеплера, известных к тому времени.
Он показал, что:

• • наблюдаемые движения планет свидетельствуют о наличии центральной силы;
  • обратно, центральная сила притяжения приводит к эллиптическим (или гиперболическим) орбитам.

В отличие от гипотез предшественников, теория Ньютона имела ряд существенных отличий. Сэр Исаак опубликовал не только предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель:

• • закон тяготения;
  • закон движения (второй закон Ньютона);
  • система методов для математического исследования (математический анализ).

В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики.

Но Исаак Ньютон оставил открытым вопрос о природе тяготения. Не было объяснено также и предположение о мгновенном распространении тяготения в пространстве (т. е. предположение о том, что с изменением положений тел мгновенно изменяется и сила тяготения между ними), тесно связанное с природой тяготения. На протяжении более двухсот лет после Ньютона физики предлагали различные пути усовершенствования ньютоновской теории тяготения. Только в 1915 году эти усилия увенчались успехом созданием общей теории относительности Эйнштейна , в которой все указанные трудности были преодолены.