En el curso de física de séptimo grado, estudiaste el fenómeno de la gravitación universal. Se encuentra en el hecho de que entre todos los cuerpos del universo existen fuerzas de atracción.
Newton llegó a la conclusión de la existencia de fuerzas gravitatorias universales (también llamadas fuerzas gravitatorias) como resultado del estudio del movimiento de la Luna alrededor de la Tierra y de los planetas alrededor del Sol.
El mérito de Newton radica no solo en su brillante conjetura sobre la atracción mutua de los cuerpos, sino también en el hecho de que pudo encontrar la ley de su interacción, es decir, una fórmula para calcular la fuerza gravitatoria entre dos cuerpos.
La ley de la gravedad dice:
- Dos cuerpos cualesquiera se atraen entre sí con una fuerza directamente proporcional a la masa de cada uno de ellos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
donde F es el módulo del vector fuerza de atracción gravitacional entre cuerpos de masas m 1 y m 2, r es la distancia entre los cuerpos (sus centros); G es el coeficiente, que se llama constante gravitacional.
Si m 1 \u003d m 2 \u003d 1 kg y g \u003d 1 m, entonces, como se puede ver en la fórmula, la constante gravitacional G es numéricamente igual a la fuerza F. En otras palabras, la constante gravitatoria es numéricamente igual a la fuerza F de atracción de dos cuerpos de 1 kg de masa situados a una distancia de 1 m. Las mediciones muestran que
G \u003d 6.67 10 -11 Nm 2 / kg 2.
La fórmula da un resultado preciso al calcular la fuerza de gravitación universal en tres casos: 1) si las dimensiones de los cuerpos son despreciablemente pequeñas en comparación con la distancia entre ellos (Fig. 32, a); 2) si ambos cuerpos son homogéneos y tienen forma esférica (Fig. 32, b); 3) si uno de los cuerpos que interactúan es una bola, cuyas dimensiones y masa son mucho mayores que las del segundo cuerpo (de cualquier forma) ubicado en la superficie de esta bola o cerca de ella (Fig. 32, c).
Arroz. 32. Condiciones que determinan los límites de aplicabilidad de la ley de gravitación universal
El tercero de los casos considerados es la base para calcular la fuerza de atracción sobre la Tierra de cualquiera de los cuerpos situados sobre ella mediante la fórmula anterior. En este caso, el radio de la Tierra debe tomarse como la distancia entre los cuerpos, ya que las dimensiones de todos los cuerpos ubicados en su superficie o cerca de ella son despreciables en comparación con el radio de la Tierra.
De acuerdo con la tercera ley de Newton, una manzana que cuelga de una rama o que cae de ella con la aceleración de la caída libre atrae a la Tierra hacia sí con el mismo módulo de fuerza con el que la Tierra la atrae. Pero la aceleración de la Tierra, causada por la fuerza de su atracción hacia la manzana, es cercana a cero, ya que la masa de la Tierra es inconmensurablemente mayor que la masa de la manzana.
Preguntas
- ¿A qué se llamó gravitación universal?
- ¿Qué otro nombre recibe la fuerza de gravedad?
- ¿Quién y en qué siglo descubrió la ley de la gravitación universal?
- Formule la ley de la gravitación universal. Escribe una fórmula que exprese esta ley.
- ¿En qué casos se debe aplicar la ley de la gravitación universal para calcular las fuerzas gravitatorias?
- ¿La Tierra se siente atraída por una manzana que cuelga de una rama?
Ejercicio 15
- Dé ejemplos de la manifestación de la fuerza de gravedad.
- La estación espacial vuela de la Tierra a la Luna. ¿Cómo cambia el módulo del vector de la fuerza de su atracción a la Tierra en este caso; ¿a la Luna? ¿La estación es atraída por la Tierra y la Luna con fuerzas de módulo iguales o diferentes cuando está en el medio entre ellas? Si las fuerzas son diferentes, ¿cuál es mayor y cuántas veces? Justifique todas las respuestas. (Se sabe que la masa de la Tierra es aproximadamente 81 veces la masa de la Luna).
- Se sabe que la masa del Sol es 330.000 veces la masa de la Tierra. ¿Es cierto que el Sol atrae a la Tierra 330.000 veces más fuerte que la Tierra al Sol? Explique la respuesta.
- La pelota lanzada por el niño se movió hacia arriba durante algún tiempo. Al mismo tiempo, su velocidad disminuyó todo el tiempo hasta que llegó a ser igual a cero. Entonces la pelota comenzó a caer con velocidad creciente. Explique: a) si la fuerza de atracción de la Tierra actuó sobre la pelota durante su movimiento ascendente; abajo; b) qué causó la disminución de la velocidad de la pelota cuando se mueve hacia arriba; aumentando su velocidad al descender; c) por qué, cuando la pelota se mueve hacia arriba, su velocidad disminuye, y cuando se mueve hacia abajo, aumenta.
- ¿Una persona de pie en la Tierra se siente atraída por la Luna? En caso afirmativo, ¿a qué se siente más atraído, a la Luna o a la Tierra? ¿La luna se siente atraída por esta persona? Justifica las respuestas.
Este artículo se centrará en la historia del descubrimiento de la ley de la gravitación universal. Aquí nos familiarizaremos con la información biográfica de la vida del científico que descubrió este dogma físico, consideraremos sus principales disposiciones, la relación con la gravedad cuántica, el curso del desarrollo y mucho más.
Genio
Sir Isaac Newton es un científico inglés. En un momento, dedicó mucha atención y esfuerzo a ciencias como la física y las matemáticas, y también aportó muchas cosas nuevas a la mecánica y la astronomía. Se le considera con razón uno de los primeros fundadores de la física en su modelo clásico. Es autor de la obra fundamental "Principios matemáticos de la filosofía natural", donde presentó información sobre las tres leyes de la mecánica y la ley de la gravitación universal. Isaac Newton sentó las bases de la mecánica clásica con estas obras. También desarrolló un tipo integral, la teoría de la luz. También hizo muchas contribuciones a la óptica física y desarrolló muchas otras teorías en física y matemáticas.
Ley
La ley de la gravitación universal y la historia de su descubrimiento se remontan muy atrás en el tiempo, su forma clásica es una ley que describe la interacción de tipo gravitacional que no va más allá del marco de la mecánica.
Su esencia era que el indicador de la fuerza F del tirón gravitacional que surge entre 2 cuerpos o puntos de materia m1 y m2, separados entre sí por una cierta distancia r, es proporcional a ambos indicadores de masa y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos:
F = G, donde por el símbolo G denotamos la constante gravitacional igual a 6.67408(31).10 -11 m 3 /kgf 2.
la gravedad de newton
Antes de considerar la historia del descubrimiento de la ley de la gravitación universal, echemos un vistazo más de cerca a sus características generales.
En la teoría creada por Newton, todos los cuerpos con una gran masa deben generar un campo especial a su alrededor, que atrae a otros objetos hacia sí. Se llama campo gravitatorio y tiene potencial.
Un cuerpo con simetría esférica forma un campo fuera de sí mismo, similar al creado por un punto material de la misma masa ubicado en el centro del cuerpo.
La dirección de la trayectoria de tal punto en el campo gravitatorio, creado por un cuerpo con una masa mucho mayor, obedece.Objetos del universo, como, por ejemplo, un planeta o un cometa, también lo obedecen, moviéndose a lo largo de una elipse o hipérbola. La explicación de la distorsión que crean otros cuerpos masivos se tiene en cuenta utilizando las disposiciones de la teoría de la perturbación.
Análisis de precisión
Después de que Newton descubriera la ley de la gravitación universal, tuvo que probarse y probarse muchas veces. Para ello, se realizaron una serie de cálculos y observaciones. Habiendo llegado a un acuerdo con sus disposiciones y partiendo de la precisión de su indicador, la forma experimental de estimación sirve como una clara confirmación de GR. La medida de las interacciones cuadrupolares de un cuerpo que gira, pero sus antenas permanecen estacionarias, nos muestra que el proceso de aumento de δ depende del potencial r - (1 + δ), a una distancia de varios metros y está en el límite (2.1 ±6.2) .10 -3 . Una serie de otras confirmaciones prácticas permitieron que esta ley se estableciera y tomara una forma única, sin ninguna modificación. En 2007, este dogma se volvió a comprobar a una distancia inferior a un centímetro (55 micras-9,59 mm). Teniendo en cuenta los errores experimentales, los científicos examinaron el rango de distancia y no encontraron desviaciones obvias en esta ley.
La observación de la órbita de la Luna con respecto a la Tierra también confirmó su validez.
espacio euclidiano
La teoría clásica de la gravedad de Newton está relacionada con el espacio euclidiano. La igualdad real con una precisión suficientemente alta (10 -9) de las medidas de distancia en el denominador de la igualdad discutida anteriormente nos muestra la base euclidiana del espacio de la mecánica newtoniana, con una forma física tridimensional. En tal punto de la materia, el área de una superficie esférica es exactamente proporcional al cuadrado de su radio.
datos de la historia
Considere un breve resumen de la historia del descubrimiento de la ley de la gravitación universal.
Las ideas fueron propuestas por otros científicos que vivieron antes de Newton. Epicuro, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens y otros visitaron reflexiones sobre ella. Kepler planteó la suposición de que la fuerza gravitacional es inversamente proporcional a la distancia a la estrella del Sol y tiene distribución solo en los planos de la eclíptica; según Descartes, era consecuencia de la actividad de vórtices en el espesor del éter. Hubo una serie de conjeturas que contenían un reflejo de las conjeturas correctas sobre la dependencia de la distancia.
Una carta de Newton a Halley contenía información de que Hooke, Wren y Buyo Ismael eran los predecesores del propio Sir Isaac. Sin embargo, nadie antes que él logró conectar claramente, con la ayuda de métodos matemáticos, la ley de la gravedad y el movimiento planetario.
La historia del descubrimiento de la ley de la gravitación universal está estrechamente relacionada con el trabajo "Principios matemáticos de la filosofía natural" (1687). En este trabajo, Newton pudo derivar la ley en cuestión gracias a la ley empírica de Kepler, que ya se conocía en ese momento. Él nos muestra que:
- la forma de movimiento de cualquier planeta visible atestigua la presencia de una fuerza central;
- la fuerza de atracción del tipo central forma órbitas elípticas o hiperbólicas.
Sobre la teoría de Newton
Un examen de la breve historia del descubrimiento de la ley de la gravitación universal también puede señalarnos una serie de diferencias que la diferencian de las hipótesis anteriores. Newton se comprometió no solo en la publicación de la fórmula propuesta del fenómeno en consideración, sino que también propuso un modelo de tipo matemático en forma holística:
- posición sobre la ley de la gravedad;
- posición sobre la ley del movimiento;
- sistemática de métodos de investigación matemática.
Esta tríada pudo investigar incluso los movimientos más complejos de los objetos celestes con bastante precisión, creando así la base de la mecánica celeste. Hasta el comienzo de la actividad de Einstein en este modelo, no se requería la presencia de un conjunto fundamental de correcciones. Solo el aparato matemático tuvo que mejorarse significativamente.
Objeto de discusión
La ley descubierta y comprobada se convirtió, a lo largo del siglo XVIII, en un conocido tema de activa controversia y escrupuloso escrutinio. Sin embargo, el siglo terminó con un acuerdo general con sus postulados y declaraciones. Usando los cálculos de la ley, fue posible determinar con precisión los caminos del movimiento de los cuerpos en el cielo. Se hizo un control directo en 1798. Lo hizo usando una balanza de tipo torsión con gran sensibilidad. En la historia del descubrimiento de la ley universal de la gravitación, debe darse un lugar especial a las interpretaciones introducidas por Poisson. Desarrolló el concepto del potencial de la gravedad y la ecuación de Poisson, con la que fue posible calcular este potencial. Este tipo de modelo permitió estudiar el campo gravitatorio en presencia de una distribución arbitraria de la materia.
Había muchas dificultades en la teoría de Newton. El principal podría considerarse la inexplicabilidad de la acción de largo alcance. No había una respuesta exacta a la pregunta de cómo se envían las fuerzas de atracción a través del espacio vacío a una velocidad infinita.
"Evolución" de la ley
Durante los siguientes doscientos años, e incluso más, muchos físicos intentaron proponer varias formas de mejorar la teoría de Newton. Estos esfuerzos terminaron en un triunfo en 1915, a saber, la creación de la Teoría General de la Relatividad, que fue creada por Einstein. Fue capaz de superar todo el conjunto de dificultades. De acuerdo con el principio de correspondencia, la teoría de Newton resultó ser una aproximación al comienzo del trabajo sobre una teoría en una forma más general, que se puede aplicar bajo ciertas condiciones:
- El potencial de la naturaleza gravitacional no puede ser demasiado grande en los sistemas en estudio. El sistema solar es un ejemplo del cumplimiento de todas las reglas para el movimiento de los cuerpos celestes. El fenómeno relativista se encuentra en una manifestación notable del desplazamiento del perihelio.
- El indicador de la velocidad de movimiento en este grupo de sistemas es insignificante en comparación con la velocidad de la luz.
La prueba de que en un campo de gravitación estacionario débil los cálculos GR toman la forma de newtonianos es la presencia de un potencial gravitacional escalar en un campo estacionario con características de fuerza débilmente expresadas, que es capaz de satisfacer las condiciones de la ecuación de Poisson.
Escala cuántica
Sin embargo, en la historia, ni el descubrimiento científico de la ley de la gravitación universal, ni la Teoría General de la Relatividad podrían servir como la teoría gravitacional final, ya que ambos no describen adecuadamente los procesos de tipo gravitacional en la escala cuántica. El intento de crear una teoría gravitatoria cuántica es una de las tareas más importantes de la física contemporánea.
Desde el punto de vista de la gravedad cuántica, la interacción entre objetos se crea mediante el intercambio de gravitones virtuales. De acuerdo con el principio de incertidumbre, la energía potencial de los gravitones virtuales es inversamente proporcional al intervalo de tiempo en el que existió, desde el punto de emisión por un objeto hasta el momento en que fue absorbido por otro punto.
En vista de esto, resulta que en una pequeña escala de distancias, la interacción de los cuerpos implica el intercambio de gravitones de tipo virtual. Gracias a estas consideraciones, es posible concluir la disposición sobre la ley del potencial de Newton y su dependencia de acuerdo con el recíproco de proporcionalidad con respecto a la distancia. La analogía entre las leyes de Coulomb y Newton se explica por el hecho de que el peso de los gravitones es igual a cero. El peso de los fotones tiene el mismo significado.
Engaño
En el currículo escolar, la respuesta a una pregunta de la historia, cómo Newton descubrió la ley de la gravitación universal, es la historia de una manzana que cae. Según esta leyenda, cayó sobre la cabeza de un científico. Sin embargo, este es un concepto erróneo generalizado y, de hecho, todo pudo prescindir de un caso similar de posible lesión en la cabeza. El mismo Newton a veces confirmó este mito, pero en realidad la ley no fue un descubrimiento espontáneo y no llegó en un estallido de intuición momentánea. Como se escribió anteriormente, se desarrolló durante mucho tiempo y se presentó por primera vez en los trabajos sobre los "Principios de las matemáticas", que aparecieron en exhibición pública en 1687.
la ley de la gravedad de newton la ley de la gravedad, una de las leyes universales de la naturaleza; según N. h. es decir, todos los cuerpos materiales se atraen entre sí, y la magnitud de la fuerza gravitacional no depende de las propiedades físicas y químicas de los cuerpos, del estado de su movimiento, de las propiedades del ambiente donde se encuentran los cuerpos. En la Tierra, la gravitación se manifiesta principalmente en la existencia de la gravedad, que es el resultado de la atracción de cualquier cuerpo material por la Tierra. Relacionado con esto está el término "gravedad" (del latín gravitas - gravedad), equivalente al término "gravitación". Interacción gravitacional de acuerdo con N. h. T. desempeña el papel principal en el movimiento de sistemas estelares como estrellas binarias y múltiples, dentro de cúmulos estelares y galaxias. Sin embargo, los campos gravitatorios dentro de los cúmulos estelares y las galaxias son de naturaleza muy compleja y aún no han sido suficientemente estudiados, por lo que los movimientos dentro de ellos se estudian por métodos diferentes a los de la mecánica celeste (ver Astronomía estelar). La interacción gravitacional también juega un papel esencial en todos los procesos cósmicos que involucran acumulaciones de grandes masas de materia. n h es la base para estudiar el movimiento de los cuerpos celestes artificiales, en particular los satélites artificiales de la Tierra y la Luna, y las sondas espaciales. En N. h. T. se basa en la gravimetría. Las fuerzas de atracción entre cuerpos materiales macroscópicos ordinarios en la Tierra se pueden detectar y medir, pero no juegan ningún papel práctico notable. En el microcosmos, las fuerzas de atracción son insignificantemente pequeñas comparadas con las fuerzas intramoleculares e intranucleares. Newton dejó abierta la cuestión de la naturaleza de la gravedad. Tampoco se explicó la suposición de la propagación instantánea de la gravedad en el espacio (es decir, la suposición de que con un cambio en las posiciones de los cuerpos, la fuerza de gravedad entre ellos cambia instantáneamente), que está estrechamente relacionada con la naturaleza de la gravedad. Las dificultades asociadas con esto fueron eliminadas solo en la teoría de la gravitación de Einstein, que representa una nueva etapa en el conocimiento de las leyes objetivas de la naturaleza. Iluminado.: Isaac Newton. 1643-1727. Se sentó. Arte. al tricentenario de su nacimiento, ed. académico S. I. Vavilova, M. - L., 1943; Berry, A., Breve historia de la astronomía, trad. del inglés, M. - L., 1946; Subbotin M.F., Introducción a la astronomía teórica, M., 1968. Yu. A. Ryabov.
Gran enciclopedia soviética. - M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978 .
Vea qué es la "ley de la gravedad de Newton" en otros diccionarios:
- (ley de la gravitación universal), véase el art. (ver GRAVEDAD). Diccionario enciclopédico físico. Moscú: Enciclopedia soviética. Editor en jefe A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopedia Física
LA LEY DE LA GRAVEDAD DE NEWTON, lo mismo que la ley de la gravitación universal... Enciclopedia moderna
Lo mismo que la ley de la gravedad... Gran diccionario enciclopédico
la ley de la gravedad de newton- LEY DE LA GRAVITACIÓN DE NEWTON, igual que la ley de la gravitación universal. … Diccionario Enciclopédico Ilustrado
LEY DE LA GRAVEDAD DE NEWTON- lo mismo que (ver) ...
Lo mismo que la ley de la gravitación universal. * * * LEY DE LA GRAVEDAD DE NEWTON LEY DE LA GRAVEDAD DE NEWTON, igual que la ley de la gravitación universal (ver LEY DE LA GRAVEDAD UNIVERSAL) ... diccionario enciclopédico
la ley de la gravedad de newton- Niutono gravitacijos dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Ley de Newton de la gravedad vok. Newtonsches Gravitationsgesetz, n; Newtonsches Massenanziehungsgesetz, n rus. la ley de la gravedad de Newton, m; Ley de la gravedad de Newton, m pranc.… … Fizikos terminų žodynas
La gravedad (gravitación universal, gravitación) (del latín gravitas "gravedad") es una interacción fundamental de largo alcance en la naturaleza, a la que están sujetos todos los cuerpos materiales. Según datos modernos, es una interacción universal en la que ... ... Wikipedia
LA LEY DE LA GRAVEDAD UNIVERSAL- (ley de la gravedad de Newton) todos los cuerpos materiales se atraen con fuerzas directamente proporcionales a sus masas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellos: donde F es el módulo de fuerza de gravedad, m1 y m2, las masas de los cuerpos que interactúan, R ... ... Gran Enciclopedia Politécnica
Ley de la gravedad- I. La ley de gravitación de Newton (1643 1727) en mecánica clásica, según la cual la fuerza de atracción gravitatoria de dos cuerpos con masas m1 y m2 es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r entre ellos; factor de proporcionalidad G gravitacional … Conceptos de las ciencias naturales modernas. Glosario de términos básicos
Obi-Wan Kenobi dijo que la fuerza mantiene unida a la galaxia. Lo mismo puede decirse de la gravedad. El hecho es que la gravedad nos permite caminar sobre la Tierra, la Tierra girar alrededor del Sol y el Sol girar alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. ¿Cómo entender la gravedad? Sobre esto - en nuestro artículo.
Digamos de inmediato que no encontrará aquí una respuesta inequívocamente correcta a la pregunta "¿Qué es la gravedad?". ¡Porque simplemente no existe! La gravedad es uno de los fenómenos más misteriosos que los científicos desconciertan y aún no pueden explicar completamente su naturaleza.
Hay muchas hipótesis y opiniones. Hay más de una docena de teorías de la gravedad, alternativas y clásicas. Consideraremos los más interesantes, relevantes y modernos.
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La gravedad es una interacción física fundamental.
Hay 4 interacciones fundamentales en la física. Gracias a ellos, el mundo es exactamente como es. La gravedad es una de estas fuerzas.
Interacciones fundamentales:
- gravedad;
- electromagnetismo;
- fuerte interacción;
- interacción débil.
Por el momento, la teoría actual que describe la gravedad es GR (relatividad general). Fue propuesto por Albert Einstein en 1915-1916.
Sin embargo, sabemos que es demasiado pronto para hablar de la verdad última. Después de todo, varios siglos antes del advenimiento de la relatividad general en la física, la teoría newtoniana, que se expandió significativamente, dominaba para describir la gravedad.
Por el momento, es imposible explicar y describir todos los temas relacionados con la gravedad dentro del marco de la relatividad general.
Antes de Newton, se creía ampliamente que la gravedad en la tierra y la gravedad celestial eran cosas diferentes. Se creía que los planetas se mueven según sus propias leyes ideales, diferentes de las terrenales.
Newton descubrió la ley de la gravitación universal en 1667. Por supuesto, esta ley existió incluso durante los dinosaurios y mucho antes.
Los filósofos antiguos pensaban en la existencia de la gravedad. Galileo calculó experimentalmente la aceleración de la caída libre en la Tierra y descubrió que es la misma para cuerpos de cualquier masa. Kepler estudió las leyes del movimiento de los cuerpos celestes.
Newton fue capaz de formular y generalizar los resultados de las observaciones. Esto es lo que obtuvo:
Dos cuerpos se atraen entre sí con una fuerza llamada fuerza de gravedad o fuerza gravitacional.
La fórmula de la fuerza de atracción entre cuerpos es:
G es la constante gravitacional, m son las masas de los cuerpos, r es la distancia entre los centros de masa de los cuerpos.
¿Cuál es el significado físico de la constante gravitacional? Es igual a la fuerza con la que actúan entre sí cuerpos de 1 kilogramo de masa cada uno, estando a una distancia de 1 metro entre sí.
Según la teoría de Newton, todo objeto crea un campo gravitatorio. La precisión de la ley de Newton se ha probado a distancias de menos de un centímetro. Por supuesto, para masas pequeñas estas fuerzas son insignificantes y pueden despreciarse.
La fórmula de Newton es aplicable tanto para calcular la fuerza de atracción de los planetas hacia el sol como para objetos pequeños. Simplemente no nos damos cuenta de la fuerza con la que, por ejemplo, se atraen las bolas de la mesa de billar. Sin embargo, esta fuerza existe y se puede calcular.
La fuerza de atracción actúa entre cualquier cuerpo del universo. Su efecto se extiende a cualquier distancia.
La ley de gravitación universal de Newton no explica la naturaleza de la fuerza de atracción, pero establece patrones cuantitativos. La teoría de Newton no contradice la relatividad general. Es suficiente para resolver problemas prácticos a escala de la Tierra y para calcular el movimiento de los cuerpos celestes.
Gravedad en relatividad general
A pesar de que la teoría de Newton es bastante aplicable en la práctica, tiene una serie de deficiencias. La ley de la gravitación universal es una descripción matemática, pero no da una idea de la naturaleza física fundamental de las cosas.
Según Newton, la fuerza de atracción actúa a cualquier distancia. Y funciona al instante. Teniendo en cuenta que la velocidad más rápida del mundo es la velocidad de la luz, existe una discrepancia. ¿Cómo puede la gravedad actuar instantáneamente a cualquier distancia, cuando la luz no necesita un instante, sino varios segundos o incluso años para superarlos?
En el marco de la relatividad general, la gravedad no se considera como una fuerza que actúa sobre los cuerpos, sino como una curvatura del espacio y el tiempo bajo la influencia de la masa. Por lo tanto, la gravedad no es una interacción de fuerzas.
¿Cuál es el efecto de la gravedad? Tratemos de describirlo usando una analogía.
Imagina el espacio como una sábana elástica. Si le pones una pelota de tenis liviana, la superficie permanecerá plana. Pero si coloca un peso pesado al lado de la pelota, hará un agujero en la superficie y la pelota comenzará a rodar hacia el peso grande y pesado. Esto es "gravedad".
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Descubrimiento de las ondas gravitacionales
Las ondas gravitacionales fueron predichas por Albert Einstein en 1916, pero solo se descubrieron cien años después, en 2015.
¿Qué son las ondas gravitacionales? Dibujemos una analogía de nuevo. Si arrojas una piedra en aguas tranquilas, se formarán círculos en la superficie del agua desde el lugar de su caída. Las ondas gravitacionales son las mismas ondas, perturbaciones. Solo que no en el agua, sino en el mundo espacio-tiempo.
En lugar de agua, espacio-tiempo, y en lugar de piedra, digamos, un agujero negro. Cualquier movimiento acelerado de masa genera una onda gravitatoria. Si los cuerpos están en estado de caída libre, la distancia entre ellos cambiará cuando pase una onda gravitacional.
Dado que la gravedad es una fuerza muy débil, la detección de ondas gravitacionales se ha asociado con grandes dificultades técnicas. Las tecnologías modernas han hecho posible detectar un estallido de ondas gravitacionales solo de fuentes supermasivas.
Un evento adecuado para registrar una onda gravitacional es la fusión de agujeros negros. Desafortunadamente o afortunadamente, esto sucede muy raramente. Sin embargo, los científicos lograron registrar una onda que rodó literalmente por el espacio del Universo.
Para registrar las ondas gravitacionales se construyó un detector de 4 kilómetros de diámetro. Durante el paso de la onda se registraron vibraciones de espejos sobre suspensiones en el vacío y la interferencia de la luz reflejada en ellos.
Las ondas gravitacionales confirmaron la validez de la relatividad general.
Gravedad y partículas elementales
En el modelo estándar, ciertas partículas elementales son responsables de cada interacción. Podemos decir que las partículas son portadoras de interacciones.
El gravitón es responsable de la gravedad: una partícula hipotética sin masa con energía. Por cierto, en nuestro material separado, lea más sobre el bosón de Higgs y otras partículas elementales que hicieron mucho ruido.
Finalmente, aquí hay algunos datos interesantes sobre la gravedad.
10 datos sobre la gravedad
- Para vencer la fuerza de gravedad de la Tierra, el cuerpo debe tener una velocidad igual a 7,91 km/s. Esta es la primera velocidad cósmica. Basta con que un cuerpo (por ejemplo, una sonda espacial) se desplace en órbita alrededor del planeta.
- Para escapar del campo gravitatorio de la Tierra, una nave espacial debe tener una velocidad de al menos 11,2 km/s. Esta es la segunda velocidad espacial.
- Los objetos con la gravedad más fuerte son los agujeros negros. Su gravedad es tan fuerte que incluso atraen la luz (fotones).
- No encontrarás la fuerza de la gravedad en ninguna ecuación de la mecánica cuántica. El hecho es que cuando intentas incluir la gravedad en las ecuaciones, pierden su relevancia. Este es uno de los problemas más importantes de la física moderna.
- La palabra gravedad proviene del latín “gravis”, que significa “pesado”.
- Cuanto más masivo es el objeto, más fuerte es la gravedad. Si una persona que pesa 60 kilogramos en la Tierra pesa en Júpiter, la balanza marcará 142 kilogramos.
- Los científicos de la NASA están tratando de desarrollar un haz gravitacional que permitirá mover objetos sin contacto, superando la fuerza de la gravedad.
- Los astronautas en órbita también experimentan la gravedad. Más específicamente, la microgravedad. Parecen caer sin cesar junto con el barco en el que se encuentran.
- La gravedad siempre atrae y nunca repele.
- Un agujero negro del tamaño de una pelota de tenis atrae objetos con la misma fuerza que nuestro planeta.
Ahora conoces la definición de gravedad y puedes decir qué fórmula se usa para calcular la fuerza de atracción. Si el granito de la ciencia te está reteniendo más que la gravedad, ponte en contacto con nuestro servicio de atención al estudiante. ¡Lo ayudaremos a aprender fácilmente bajo las cargas de trabajo más pesadas!
Todos caminamos sobre la Tierra porque nos atrae. Si la Tierra no atrajera todos los cuerpos en su superficie, entonces nosotros, al habernos repelido, volaríamos hacia el espacio. Pero esto no sucede, y todos conocen la existencia de la gravedad terrestre.
¿Estamos tirando de la tierra? ¡Luna atrae!
¿Atraemos la tierra hacia nosotros? Pregunta ridícula, ¿verdad? Pero veamos. ¿Sabes qué son las mareas en los mares y océanos? Todos los días, el agua sale de la costa, vaga durante varias horas y luego, como si nada, regresa.
Entonces, el agua en este momento no se desconoce dónde, pero aproximadamente en el medio del océano. Allí se forma algo así como una montaña de agua. Increíble, ¿verdad? El agua, que tiende a esparcirse, no sólo fluye por sí misma, sino que también forma montañas. Y en estas montañas se concentra una enorme masa de agua.
Basta con estimar el volumen total de agua que se aleja de la costa durante las mareas bajas, y comprenderás que estamos hablando de cantidades gigantescas. Pero si esto sucede, debe haber alguna razón. Y hay una razón. La razón radica en el hecho de que la luna atrae esta agua.
A medida que gira alrededor de la Tierra, la Luna pasa sobre los océanos y atrae las aguas del océano hacia ella. La luna gira alrededor de la tierra porque es atraída por la tierra. Pero resulta que ella misma al mismo tiempo atrae a la Tierra hacia sí misma. La tierra, sin embargo, es demasiado grande para ella, pero su influencia es suficiente para mover el agua en los océanos.
Fuerza y ley de gravitación universal: concepto y fórmula
Ahora vayamos más allá y pensemos: si dos cuerpos enormes, estando cerca, ambos se atraen, ¿no es lógico suponer que los cuerpos más pequeños también se atraerán? ¿Es solo que son mucho más pequeños y su fuerza de atracción será pequeña?
Resulta que esta suposición es absolutamente correcta. Absolutamente entre todos los cuerpos del Universo existen fuerzas de atracción o, en otras palabras, fuerzas de gravitación universal.
Isaac Newton fue el primero en descubrir y formular tal fenómeno en forma de ley. La ley de la gravitación universal dice: todos los cuerpos se atraen entre sí, mientras que la fuerza de su atracción es directamente proporcional a la masa de cada uno de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa:
F = G * (m_1 * m_2) / r^2 ,
donde F es el valor del vector de fuerza de atracción entre los cuerpos, m_1 y m_2 son las masas de estos cuerpos, r es la distancia entre los cuerpos, G es la constante gravitatoria.
La constante gravitatoria es numéricamente igual a la fuerza que existe entre cuerpos de 1 kg de masa, situados a una distancia de 1 metro. Este valor se encontró experimentalmente: G=6.67*〖10〗^(-11) N* m^2⁄〖kg〗^2 .
Volviendo a nuestra pregunta original, "¿Estamos tirando de la Tierra?", Podemos responder con confianza "sí". Según la tercera ley de Newton, atraemos a la Tierra exactamente con la misma fuerza con la que la Tierra nos atrae a nosotros. Esta fuerza se puede calcular a partir de la ley de la gravitación universal.
Y de acuerdo con la segunda ley de Newton, el impacto de los cuerpos entre sí por cualquier fuerza se expresa en forma de aceleración dada por ellos entre sí. Pero la aceleración impartida depende de la masa del cuerpo.
La masa de la Tierra es grande y nos da la aceleración de la caída libre. Y nuestra masa es insignificante comparada con la de la Tierra, y por tanto la aceleración que le damos a la Tierra es prácticamente nula. Por eso nos sentimos atraídos por la Tierra y caminamos sobre ella, y no al revés.