כאשר לומדים קורס בית ספר בפיזיקה, נושא חשוב במדור המכניקה הוא חוק הכבידה האוניברסלית. במאמר זה נסתכל מקרוב במה מדובר, ובאיזה נוסחה מתמטית היא מתוארת, וכן ניתן דוגמאות לכוח הכבידה בחיי היומיום האנושיים ובקנה מידה קוסמי.
מי גילה את חוק הכבידה
לפני מתן דוגמאות לכוח הכבידה, נתאר בקצרה מי זוכה לגילויו.
מאז ימי קדם, אנשים צפו בכוכבים ובכוכבי הלכת וידעו שהם נעים לאורך מסלולים מסוימים. בנוסף, כל אדם שלא היה לו ידע מיוחד הבין שלא משנה כמה רחוק וגבוה הוא זרק אבן או חפץ אחר, הוא תמיד נפל ארצה. אבל אף אחד מהאנשים אפילו לא ניחש שהתהליכים על פני כדור הארץ וגופים שמימיים נשלטים על ידי אותו חוק טבעי.
בשנת 1687, סר אייזק ניוטון פרסם עבודה מדעית שבה הוא תיאר לראשונה את המתמטיניסוח חוק הכבידה האוניברסלית. כמובן, ניוטון לא הגיע באופן עצמאי לניסוח הזה, שהוא זיהה באופן אישי. הוא השתמש בחלק מהרעיונות של בני דורו (לדוגמה, קיומה של מידתיות הפוכה לריבוע מרחק כוח המשיכה בין גופים), וכן בניסיון הניסוי המצטבר על מסלולי כוכבי הלכת (שלושת קפלר). חוקים). הגאונות של ניוטון הראתה את עצמה בעובדה שלאחר ניתוח כל הניסיון הזמין, המדען הצליח לנסח אותה בצורה של תיאוריה קוהרנטית וישימה מעשית.
נוסחת כוח המשיכה
ניתן לנסח בקצרה את חוק הכבידה האוניברסלית באופן הבא: בין כל הגופים ביקום יש כוח משיכה, שהוא ביחס הפוך לריבוע המרחק בין מרכזי המסה שלהם ובפרופורציונלי ישר למכפלה של המוני הגופים עצמם. עבור שני גופים בעלי מסות m1 ו-m2, שנמצאים במרחק r זה מזה, ייכתב החוק הנלמד כך:
F=Gm1m2/r2.
כאן G הוא קבוע הכבידה.
ניתן לחשב את כוח המשיכה באמצעות נוסחה זו בכל המקרים, אם המרחקים בין הגופים גדולים מספיק בהשוואה לגדלים שלהם. אחרת, וגם בתנאים של כבידה חזקה ליד עצמים מסיביים בחלל (כוכבי נויטרונים, חורים שחורים), יש להשתמש בתורת היחסות שפיתח איינשטיין. האחרון מחשיב את כוח המשיכה כתוצאה של עיוות של מרחב-זמן. בחוק הקלאסי של ניוטוןכוח הכבידה הוא תוצאה של אינטראקציה של גופים עם שדה אנרגיה כלשהו, כמו שדות חשמליים או מגנטיים.
The Manifestation of Gravity: דוגמאות מחיי היומיום
ראשית, כדוגמאות כאלה אנו יכולים לתת שם לכל גופה נופלת מגובה מסוים. למשל, עלה או התפוח המפורסם מעץ, אבן נופלת, טיפות גשם, מפולות הרים ומפולות. בכל המקרים הללו, הגופים נוטים למרכז הפלנטה שלנו.
שנית, כאשר מורה מבקש מהתלמידים "לתת דוגמאות לכוח הכבידה", עליהם לזכור גם שלכל הגופים יש משקל. כשהטלפון על השולחן או כשאדם נשקל על המשקל, במקרים אלו הגוף לוחץ על התמיכה. משקל הגוף הוא דוגמה חיה לביטוי כוח הכבידה, אשר יחד עם תגובת התמיכה יוצרים זוג כוחות המאזנים זה את זה.
אם הנוסחה מהפסקה הקודמת משמשת לתנאים יבשתיים (החליפו את מסת כוכב הלכת והרדיוס שלו לתוכה), אז ניתן לקבל את הביטוי הבא:
F=mg
זה המשמש בפתרון בעיות עם כוח המשיכה. כאן g היא התאוצה הניתנת לכל הגופים, ללא קשר למסה שלהם, בנפילה חופשית. אם לא הייתה התנגדות אוויר, אז אבן כבדה ונוצה קלה היו נופלות באותו זמן מאותו גובה.
כוח המשיכה ביקום
כולם יודעים שכדור הארץ, יחד עם כוכבי לכת אחרים, סובב סביב השמש. בתורו, השמש, בהיותה בפניםאחת הזרועות של הגלקסיה הספירלית שביל החלב, מסתובבת יחד עם מאות מיליוני כוכבים סביב מרכזה. הגלקסיות עצמן גם מתקרבות זו לזו במה שנקרא צבירים מקומיים. אם נחזור בקנה מידה, אז עלינו לזכור את הלוויינים שמסתובבים סביב כוכבי הלכת שלהם, האסטרואידים הנופלים על כוכבי הלכת הללו או עפים על פניהם. ניתן לזכור את כל המקרים הללו אם המורה שואל את התלמידים: "תנו דוגמאות לכוח הכבידה."
שימו לב שבעשורים האחרונים שאלת הכוח העיקרי בקנה מידה קוסמי הוטל בספק. במרחב המקומי, זה ללא ספק כוח הכבידה. עם זאת, בהתחשב בסוגיה ברמת הגלקסיה, כוח נוסף, שעדיין לא ידוע, הקשור לחומר אפל, נכנס לתמונה. האחרון מתבטא כאנטי כבידה.
