Newtoni universaalse gravitatsiooni seadus. Universaalse gravitatsiooni seadus ja jõud

Newton tegi esimesena kindlaks, et kivi langemine Maale, planeetide liikumine ümber Päikese ja Kuu liikumine ümber Maa on põhjustatud jõust või gravitatsioonilisest vastasmõjust.

Kaugus olevate kehade vastastikmõju toimub nende loodud gravitatsioonivälja kaudu. Tänu mitmetele eksperimentaalsetele faktidele suutis Newton kindlaks teha kahe keha külgetõmbejõu sõltuvuse nendevahelisest kaugusest. Newtoni seadus, mida nimetatakse universaalse külgetõmbe seaduseks, väidab, et mis tahes kaks keha tõmbuvad teineteise poole jõuga, mis on võrdeline nende masside korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga. Seadust nimetatakse universaalseks või universaalseks, kuna see kirjeldab gravitatsioonilist vastasmõju universumi mis tahes massiga kehade paari vahel. Need jõud on väga nõrgad, kuid neil pole takistusi.

Seadus näeb sõna otseses mõttes välja järgmine:

Gravitatsioon

Maakera annab kõigile Maale langevatele kehadele ühesuguse kiirenduse g = 9,8 m/s2, mida nimetatakse gravitatsioonikiirenduseks. See tähendab, et Maa mõjub, tõmbab kõiki kehasid gravitatsioonijõuga. See on universaalse gravitatsioonijõu eriliik. Gravitatsioonijõud on , sõltub kehamassist m, mõõdetuna kilogrammides (kg). Ligikaudseks väärtuseks on võetud väärtus g = 9,8 m/s2, erinevatel laius- ja pikkuskraadidel muutub selle väärtus veidi, kuna:

Maa raadius muutub poolusest ekvaatorile (mis viib g väärtuse vähenemiseni ekvaatoril 0,18% võrra);
Pöörlemisest põhjustatud tsentrifugaalefekt sõltub geograafilisest laiuskraadist (vähendab väärtust 0,34%).

Kaalutus

Oletame, et keha langeb gravitatsiooni mõju alla. Teised jõud sellele ei tegutse. Seda liikumist nimetatakse vabaks langemiseks. Selle aja jooksul, mil kehale mõjub ainult F raske, on keha kaaluta olekus. Vabalangemisel kaob inimese kehakaal.

Kaal on jõud, millega keha venitab vedrustust või mõjub horisontaalsele toele.

Kaaluta olekut kogevad hüppe ajal langevarjur, suusahüppe ajal inimene ja õhutaskusse kukkunud lennukireisija. Kaalutaolekut tunneme vaid väga lühikest aega, vaid paar sekundit. Kuid väljalülitatud mootoritega orbiidil lendava kosmoseaparaadi astronaudid kogevad kaaluta olekut pikka aega. Kosmoselaev on vaba langemise olekus ja kehad lakkavad toele või vedrustusele mõjumast – nad on kaaluta olekus.

Tehismaa satelliidid

Maa gravitatsioonist on võimalik üle saada, kui kehal on teatud kiirus. Gravitatsiooniseadust kasutades saame määrata kiiruse, millega keha massiga m, mis tiirleb ümber planeedi ringorbiidil, sellele ei kuku ja muutub selle satelliidiks. Vaatleme keha liikumist ringjoonel ümber Maa. Kehale avaldab mõju Maalt lähtuv gravitatsioonijõud. Newtoni teisest seadusest saame:

Kuna keha liigub ringis tsentripetaalse kiirendusega:

Kus r on ringikujulise orbiidi raadius, R = 6400 km on Maa raadius ja h on kõrgus Maa pinnast, millel satelliit liigub. Kehale massiga m mõjuv jõud F on võrdne , kus Mz = 5,98*1024 kg - Maa mass.
Meil on: . Kiiruse väljendamine seda kutsutakse Esimene kosmiline kiirus on väikseim kiirus, millega keha edastatakse, sellest saab kunstlik Maa satelliit (AES).

Seda nimetatakse ka ringikujuliseks. Võtame kõrguse 0-ga ja leiame selle kiiruse, see on ligikaudu võrdne:
See on võrdne atmosfääritakistuse puudumisel ringorbiidil ümber Maa tiirleva tehissatelliidi kiirusega.
Valemist on näha, et satelliidi kiirus ei sõltu selle massist, mis tähendab, et igast kehast võib saada tehissatelliit.
Kui annate kehale suurema kiiruse, ületab see Maa gravitatsiooni.

Teine kosmiline kiirus on väikseim kiirus, mis võimaldab kehal ilma täiendavate jõudude mõjuta ületada gravitatsiooni ja saada Päikese satelliidiks.

Seda kiirust nimetati paraboolseks; see vastab keha paraboolsele trajektoorile Maa gravitatsiooniväljas (kui atmosfääritakistus puudub). Seda saab arvutada järgmise valemi järgi:

Siin r on kaugus Maa keskpunktist stardipaigani.
Maa pinna lähedal . On veel üks kiirus, millega keha saab Päikesesüsteemist lahkuda ja kosmose avarustes ringi rännata.

Kolmas põgenemiskiirus, väikseim kiirus, mis võimaldab kosmoselaeval ületada Päikese gravitatsiooni ja lahkuda Päikesesüsteemist.

See kiirus

Füüsikas on tohutult palju seadusi, termineid, määratlusi ja valemeid, mis seletavad kõiki loodusnähtusi maa peal ja universumis. Üks peamisi on universaalse gravitatsiooni seadus, mille avastas suur ja tuntud teadlane Isaac Newton. Selle määratlus näeb välja järgmine: kõik kaks keha universumis tõmbuvad vastastikku teatud jõuga. Universaalse gravitatsiooni valem, mis selle jõu arvutab, on järgmine: F = G*(m1*m2 / R*R).

Seaduse avastamise ajalugu

Väga pikka aega on inimesed taevast uurinud. Nad tahtsid teada kõiki selle omadusi, kõike, mis valitseb ligipääsmatus ruumis. Nad koostasid taeva järgi kalendri ning arvutasid välja olulised kuupäevad ja usupühade kuupäevad. Inimesed uskusid, et kogu universumi keskpunkt on Päike, mille ümber tiirlevad kõik taevaobjektid.

Tõeliselt jõuline teadushuvi kosmose ja astronoomia vastu üldiselt tekkis 16. sajandil. Suur astronoom Tycho Brahe jälgis oma uurimistöö käigus planeetide liikumist, registreeris ja süstematiseeris oma vaatlusi. Selleks ajaks, kui Isaac Newton avastas universaalse gravitatsiooni seaduse, oli maailmas juba välja kujunenud Koperniku süsteem, mille kohaselt kõik taevakehad tiirlevad teatud orbiitidel ümber tähe. Suur teadlane Kepler avastas Brahe uurimistöö põhjal planeetide liikumist iseloomustavad kinemaatilised seadused.

Kepleri seaduste põhjal Isaac Newton avastas oma ja sai teada, Mida:

Planeetide liikumised viitavad keskse jõu olemasolule.
Keskne jõud paneb planeedid oma orbiitidel liikuma.

Valemi sõelumine

Newtoni seaduse valemis on viis muutujat:

Kui täpsed on arvutused?

Kuna Isaac Newtoni seadus on mehaanikaseadus, ei kajasta arvutused alati võimalikult täpselt tegelikku jõudu, millega objektid interakteeruvad. enamgi veel , saab seda valemit kasutada ainult kahel juhul:

Kui kaks keha, mille vahel interaktsioon toimub, on homogeensed objektid.
Kui üks kehadest on materiaalne punkt ja teine on homogeenne pall.

Gravitatsiooniväli

Newtoni kolmanda seaduse järgi mõistame, et kahe keha vastastikmõju jõud on väärtuselt võrdsed, kuid suunalt vastupidised. Jõudude suund toimub rangelt mööda sirgjoont, mis ühendab kahe vastastikku mõjuva keha massikeskmeid. Kehade vaheline külgetõmbe vastastikmõju tekib gravitatsioonivälja tõttu.

Interaktsiooni ja gravitatsiooni kirjeldus

Gravitatsioonil on väga pikamaa interaktsiooniväljad. Teisisõnu, selle mõju ulatub väga suurtele kosmilistele vahemaadele. Tänu gravitatsioonile tõmbavad inimesed ja kõik muud objektid Maa poole ning Maa ja kõik päikesesüsteemi planeedid tõmbuvad Päikese poole. Gravitatsioon on kehade pidev mõju üksteisele, see on nähtus, mis määrab universaalse gravitatsiooni seaduse. On väga oluline mõista üht – mida massiivsem on keha, seda suurem on sellel gravitatsioon. Maal on tohutu mass, nii et meid tõmbab see ligi ja Päike kaalub mitu miljonit korda rohkem kui Maa, seega tõmbab meie planeet tähe poole.

Albert Einstein, üks suurimaid füüsikuid, väitis, et gravitatsioon kahe keha vahel tekib aegruumi kõveruse tõttu. Teadlane oli kindel, et ruumi, nagu kangast, saab läbi pressida ja mida massiivsem on objekt, seda tugevamini see sellest kangast läbi surub. Einsteinist sai relatiivsusteooria autor, mis väidab, et kõik universumis on suhteline, isegi selline suurus nagu aeg.

Arvutamise näide

Proovime, kasutades juba tuntud universaalse gravitatsiooniseaduse valemit, lahendage füüsikaülesanne:

Maa raadius on ligikaudu 6350 kilomeetrit. Võtame vabalangemise kiirenduseks 10. On vaja leida Maa mass.

Lahendus: Gravitatsioonikiirendus Maa lähedal võrdub G*M / R^2. Sellest võrrandist saame väljendada Maa massi: M = g*R^2 / G. Jääb üle vaid asendada väärtused valemiga: M = 10*6350000^2 / 6,7 * 10^-11 . Et mitte muretseda kraadide pärast, taandame võrrandi vormile:

M = 10* (6,4*10^6)^2/6,7*10^-11.

Pärast matemaatika tegemist leiame, et Maa mass on ligikaudu 6*10^24 kilogrammi.

I. Newton suutis Kepleri seadustest tuletada ühe põhilise loodusseaduse – universaalse gravitatsiooniseaduse. Newton teadis, et kõigi päikesesüsteemi planeetide puhul on kiirendus pöördvõrdeline planeedi ja Päikese vahelise kauguse ruuduga ja proportsionaalsuskoefitsient on kõigil planeetidel sama.

Siit järeldub esiteks, et Päikeselt planeedile mõjuv tõmbejõud peab olema võrdeline selle planeedi massiga. Tegelikult, kui planeedi kiirendus on antud valemiga (123,5), siis kiirendust põhjustav jõud

kus on selle planeedi mass. Teisest küljest teadis Newton kiirendust, mille Maa Kuule annab; see tehti kindlaks Kuu liikumise vaatluste põhjal, kui see tiirleb ümber Maa. See kiirendus on ligikaudu üks kord väiksem kui kiirendus, mille Maa annab Maa pinna lähedal asuvatele kehadele. Kaugus Maast Kuuni on ligikaudu võrdne Maa raadiustega. Teisisõnu on Kuu Maa keskpunktist mitu korda kaugemal kui Maa pinnal asuvad kehad ja selle kiirendus on kordades väiksem.

Kui nõustuda sellega, et Kuu liigub Maa gravitatsiooni mõjul, siis sellest järeldub, et Maa gravitatsioonijõud, nagu ka Päikese raskusjõud, väheneb pöördvõrdeliselt Maa keskpunkti kauguse ruuduga. . Lõpuks on Maa gravitatsioonijõud otseselt võrdeline ligitõmbava keha massiga. Newton tegi selle fakti kindlaks pendlitega tehtud katsetes. Ta avastas, et pendli pöördeperiood ei sõltu selle massist. See tähendab, et Maa annab erineva massiga pendlitele sama kiirenduse ja järelikult on Maa gravitatsioonijõud võrdeline selle keha massiga, millele see mõjub. Sama tuleneb muidugi samasugusest raskuskiirendusest erineva massiga kehade puhul, kuid katsed pendlitega võimaldavad seda fakti suurema täpsusega kontrollida.

Need Päikese ja Maa gravitatsioonijõudude sarnased omadused viisid Newtoni järeldusele, et nende jõudude olemus on sama ja et kõigi kehade vahel toimivad universaalsed gravitatsioonijõud, mis vähenevad pöördvõrdeliselt kauguse ruuduga. kehade vahel. Sellisel juhul peab antud massiga kehale mõjuv gravitatsioonijõud olema massiga võrdeline.

Nendele faktidele ja kaalutlustele tuginedes sõnastas Newton universaalse gravitatsiooniseaduse järgmiselt: kõik kaks keha tõmbuvad teineteise poole jõuga, mis on suunatud piki neid ühendavat joont, mis on otseselt võrdeline mõlema keha massiga ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruut, st vastastikune gravitatsioonijõud

kus ja on kehade massid, on nendevaheline kaugus ja proportsionaalsustegur, mida nimetatakse gravitatsioonikonstandiks (selle mõõtmise meetodit kirjeldatakse allpool). Kombineerides selle valemi valemiga (123.4), näeme, et Kus on Päikese mass. Universaalse gravitatsiooni jõud vastavad Newtoni kolmandale seadusele. Seda kinnitasid kõik taevakehade liikumise astronoomilised vaatlused.

Selles sõnastuses kehtib universaalse gravitatsiooni seadus kehadele, mida võib pidada materiaalseteks punktideks, st kehadele, mille vaheline kaugus on nende mõõtmetega võrreldes väga suur, vastasel juhul oleks vaja arvestada, et kehade erinevad punktid on üksteisest erinevatel vahemaadel eraldatud. Homogeensete sfääriliste kehade puhul kehtib valem mis tahes kehadevahelise kauguse korral, kui võtta väärtuseks nende keskpunktide vaheline kaugus. Eelkõige tuleb Maa poolt keha külgetõmbe korral lugeda kaugust Maa keskpunktist. Sellega on seletatav tõsiasi, et maapinna kõrguse kasvades gravitatsioonijõud peaaegu ei vähene (§ 54): kuna Maa raadius on ligikaudu 6400, siis kui keha asend Maa pinna kohal muutub isegi kümnete piires. kilomeetrit, jääb Maa gravitatsioonijõud praktiliselt muutumatuks.

Gravitatsioonikonstandi saab määrata, mõõtes kõiki teisi universaalse gravitatsiooniseaduses sisalduvaid suurusi igal konkreetsel juhul.

Esmakordselt oli võimalik gravitatsioonikonstandi väärtus määrata väändekaalude abil, mille struktuur on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 202. Pikale ja peenele niidile riputatakse kerge jalas, mille otstesse on kinnitatud kaks ühesugust massipalli. Nookur on varustatud peegliga, mis võimaldab optiliselt mõõta nookuri väikseid pöördeid ümber vertikaaltelje. Pallikestele saab läheneda erinevatelt külgedelt kahele oluliselt suurema massiga pallile.

Riis. 202. Väändekaalude skeem gravitatsioonikonstandi mõõtmiseks

Väikeste pallide külgetõmbejõud suurte pallide külge tekitavad jõudude paari, mis pööravad nookurit päripäeva (ülevalt vaadates). Mõõtes nurka, mille all nookur pallide kuulidele lähenedes pöörleb, ja teades niidi elastsusomadusi, millel nookur on riputatud, on võimalik kindlaks teha selle jõupaari moment, millega massid liiguvad. meelitavad massid. Kuna kuulide massid ja nende tsentrite vaheline kaugus (nookuri antud asendis) on teada, saab väärtuse leida valemist (124.1). See osutus võrdseks

Pärast väärtuse määramist selgus, et Maa massi on võimalik määrata universaalse gravitatsiooni seaduse järgi. Tõepoolest, selle seaduse kohaselt tõmbab Maa pinnal asuv massikeha Maa poole jõuga.

kus on Maa mass ja selle raadius. Teisest küljest me teame seda. Võrdsustades need kogused, leiame

Seega, kuigi erineva massiga kehade vahel mõjuvad universaalsed gravitatsioonijõud on võrdsed, saab väikese massiga keha olulise kiirenduse ja suure massiga kehal on väike kiirendus.

Kuna kõigi Päikesesüsteemi planeetide kogumass on veidi suurem Päikese massist, on kiirendus, mida Päike planeetidelt avalduvate gravitatsioonijõudude mõjul kogeb, tühine võrreldes kiirendustega, mida Päikese planeetidel tekib. Päikese gravitatsioonijõud annab planeetidele. Ka planeetide vahel mõjuvad gravitatsioonijõud on suhteliselt väikesed. Seetõttu ei võtnud me planeetide liikumise seadusi (Kepleri seadusi) arvesse võttes arvesse Päikese enda liikumist ja eeldasime ligikaudu, et planeetide trajektoorid on elliptilised orbiidid, mille ühes koldes Päike paiknes. . Täpsete arvutuste tegemisel tuleb aga arvesse võtta neid "häireid", mida teiste planeetide gravitatsioonijõud toovad kaasa Päikese enda või mis tahes planeedi liikumisele.

124.1. Kui palju väheneb raketi mürsule mõjuv gravitatsioonijõud, kui see tõuseb 600 km kõrgusele Maa pinnast? Maa raadiuseks on võetud 6400 km.

124.2. Kuu mass on 81 korda väiksem kui Maa mass ja Kuu raadius on ligikaudu 3,7 korda väiksem kui Maa raadius. Leidke inimese kaal Kuul, kui tema kaal Maal on 600 N.

124.3. Kuu mass on 81 korda väiksem kui Maa mass. Leidke Maa ja Kuu keskpunkte ühendaval joonel punkt, kus Maa ja Kuu gravitatsioonijõud, mis mõjuvad sellesse punkti asetatud kehale, on omavahel võrdsed.

… Rõõmustagem surelikud, et nende seas elas selline inimsoo ehe.

(Kirje Isaac Newtoni haual)

Iga koolilaps teab kaunist legendi selle kohta, kuidas Isaac Newton avastas universaalse gravitatsiooni seaduse: suurele teadlasele kukkus õun pähe ja Isaac mõtles selle asemel, et vihastada, miks see juhtus? Miks Maa tõmbab kõike, aga see, mis visatakse, kukub alati alla?

Kuid tõenäoliselt oli see hiljem leiutatud ilus legend. Tegelikult pidi Newton oma seaduse avastamiseks tegema rasket ja vaevarikast tööd. Tahame teile rääkida, kuidas suur teadlane avastas oma kuulsa seaduse.

Loodusteadlase põhimõtted

Isaac Newton elas 17. ja 18. sajandi vahetusel (1642-1727). Sel ajal oli elu täiesti erinev. Euroopat raputasid sõjad ja 1666. aastal tabas Inglismaad, kus Newton elas, kohutav epideemia, mida nimetatakse "mustaks surmaks". Seda sündmust hakati hiljem nimetama "Londoni suureks katkuks". Paljud teadused olid alles tekkimas; haritud inimesi ja ka seda, mida nad teadsid, oli vähe.

Näiteks moodne nädalaleht sisaldab rohkem infot, kui tollane keskmine inimene kogu oma elu jooksul õpiks!

Kõigist nendest raskustest hoolimata leidus inimesi, kes püüdlesid teadmiste poole, tegid avastusi ja viisid edusamme edasi. Üks neist oli suur inglise teadlane Isaac Newton.

Põhimõtted, mida ta nimetas "filosoofimise reegliteks", aitasid teadlasel teha tema peamised avastused.

1. reegel.“Looduses ei tohiks aktsepteerida muid põhjuseid peale nende, mis on tõesed ja piisavad nähtuste selgitamiseks... loodus ei tee midagi asjata ja paljudel oleks asjata teha seda, mida saavad teha vähemad. Loodus on lihtne ega luksusta asjade üleliigsete põhjustega...”

Selle reegli olemus seisneb selles, et kui suudame uut nähtust ammendavalt seletada olemasolevate seadustega, siis ei tohiks me uusi kehtestada. Seda reeglit üldkujul nimetatakse Occami habemenuga.

2. reegel."Eksperimentaalfüüsikas tuleks propositsioone, mis on tuletatud nähtustest, kasutades induktsiooni (st induktsiooni meetodit), vaatamata neile vastupidiste eelduste võimalusele austada kas täpselt või ligikaudselt tõestena, kuni avastatakse sellised nähtused, mille abil nad täpsustatakse või need arvatakse välja. See tähendab, et kõik füüsikaseadused tuleb katseliselt tõestada või ümber lükata.

Newton sõnastas oma filosofeerimise põhimõtetes need põhimõtted teaduslik meetod. Kaasaegne füüsika uurib ja rakendab edukalt nähtusi, mille olemus pole veel selgeks saanud (näiteks elementaarosakesed). Alates Newtonist on loodusteadus arenenud kindlas veendumuses, et maailma on võimalik tunda ja loodus on korraldatud lihtsate matemaatiliste põhimõtete järgi. Sellest enesekindlusest sai filosoofiline alus teaduse ja tehnoloogia tohutule arengule inimkonna ajaloos.

Hiiglaste õlad

Tõenäoliselt pole te Taani alkeemikust kuulnud Vaikne Brahe. Kuid just tema oli Kepleri õpetaja ja esimene, kes koostas oma vaatluste põhjal täpse planeetide liikumiste tabeli. Tuleb märkida, et need tabelid kujutasid ainult taeva planeetide koordinaate. Pärandas need vaikselt Johannes Kepler, oma õpilasele, kes pärast nende tabelite hoolikat uurimist mõistis, et planeetide liikumine allub teatud mustrile. Kepler sõnastas need järgmiselt:

Kõik planeedid liiguvad ringi ellipsis, mille ühes fookuses on Päike.
Päikesest planeedile tõmmatud raadius "pühib" võrdse aja jooksul võrdsed alad.
Kahe planeedi (T 1 ja T 2) perioodide ruudud on omavahel seotud nende orbiitide poolsuurtelgede kuubikutena (R 1 ja R 2):

Kohe torkab silma see, et Päike mängib neis seadustes erilist rolli. Kuid Kepler ei suutnud seda rolli selgitada, nagu ka planeetide ümber Päikese liikumise põhjust.

Isaac Newton ütleb kord, et kui ta nägi teistest kaugemale, siis ainult sellepärast, et ta seisis hiiglaste õlgadel. Ta asus leidma Kepleri seaduste algpõhjuse.

Maailma seadus

Newton mõistis, et keha kiiruse muutmiseks on vaja sellele rakendada jõudu. Tänapäeval teab seda väidet iga koolilaps Newtoni esimene seadus: keha kiiruse muutus ajaühikus (teisisõnu kiirendus a) on otseselt võrdeline jõuga (F) ja pöördvõrdeline keha massiga (m). Mida suurem on keha mass, seda rohkem peame pingutama selle kiiruse muutmiseks. Pange tähele, et Newton kasutab ainult ühte keha omadust - selle massi, arvestamata selle kuju, millest see on valmistatud, mis värvi see on jne. See on näide Occami pardli kasutamisest. Newton uskus, et kehamass on vajalik ja piisav "tegur" kehade koostoime kirjeldamiseks:

Newton kujutas planeete ette suurte kehadena, mis liiguvad ringis (või peaaegu ringis). Igapäevaelus jälgis ta sageli sarnast liikumist: lapsed mängisid palliga, mille külge oli niit seotud, keerutasid seda üle pea. Sel juhul nägi Newton palli (planeeti) ja seda, et see liikus ringis, kuid ei näinud niiti. Sarnast analoogiat tõmmates ja oma filosofeerimisreegleid kasutades mõistis Newton, et on vaja otsida teatud jõudu - planeete ja Päikest ühendavat "niiti". Edasine arutluskäik lihtsustati pärast seda, kui Newton rakendas oma dünaamikaseadusi.

Newton, kasutades oma esimest seadust ja Kepleri kolmandat seadust, sai:

Nii tegi Newton kindlaks, et Päike mõjub planeetidele jõuga:

Ta mõistis ka, et kõik planeedid tiirlevad ümber Päikese, ja pidas loomulikuks, et Päikese massi tuleb konstandis arvesse võtta:

Just sellisel kujul vastas universaalse gravitatsiooni seadus Kepleri tähelepanekutele ja tema planeetide liikumise seadustele. Väärtus G = 6,67 x 10 (-11) H (m/kg) 2 saadi planeetide vaatlustest. Tänu sellele seadusele kirjeldati taevakehade liikumist ja pealegi saime ennustada meile nähtamatute objektide olemasolu. 1846. aastal arvutasid teadlased välja seni tundmatu planeedi orbiidi, mis oma olemasoluga mõjutas teiste planeetide liikumist Päikesesüsteemis. See oli .

Newton uskus, et kõige keerulisemate asjade aluseks on lihtsad põhimõtted ja "interaktsioonimehhanismid". Seetõttu suutis ta oma eelkäijate tähelepanekutes eristada mustrit ja sõnastada selle universaalse gravitatsiooni seaduseks.

Looduses eksisteerivad erinevad jõud, mis iseloomustavad kehade vastasmõju. Vaatleme mehaanikas esinevaid jõude.

Gravitatsioonijõud. Tõenäoliselt esimene jõud, mille olemasolust inimene aru sai, oli gravitatsioonijõud, mis mõjus Maalt pärit kehadele.

Ja kulus palju sajandeid, enne kui inimesed said aru, et gravitatsioonijõud mõjub mis tahes kehade vahel. Ja kulus palju sajandeid, enne kui inimesed said aru, et gravitatsioonijõud mõjub mis tahes kehade vahel. Inglise füüsik Newton oli esimene, kes sellest tõsiasjast aru sai. Analüüsides planeetide liikumist reguleerivaid seadusi (Kepleri seadused), jõudis ta järeldusele, et planeetide vaadeldud liikumisseadusi saab täita ainult siis, kui nende vahel on külgetõmbejõud, mis on otseselt võrdeline nende massiga ja pöördvõrdeline planeetide liikumisega. nendevahelise kauguse ruut.

sõnastas Newton universaalse gravitatsiooni seadus. Suvalised kaks keha tõmbavad teineteist. Punktkehade vaheline tõmbejõud on suunatud piki neid ühendavat sirgjoont, on otseselt võrdeline mõlema massiga ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga:

Sel juhul mõistetakse punktkehade all kehasid, mille mõõtmed on mitu korda väiksemad nendevahelisest kaugusest.

Universaalset gravitatsioonijõudu nimetatakse gravitatsioonijõududeks. Proportsionaalsuskoefitsienti G nimetatakse gravitatsioonikonstandiks. Selle väärtus määrati eksperimentaalselt: G = 6,7 10¯¹¹ N m² / kg².

Gravitatsioon Maapinna lähedal toimiv toime on suunatud selle keskpunkti poole ja arvutatakse järgmise valemiga:

kus g on raskuskiirendus (g = 9,8 m/s²).

Gravitatsiooni roll eluslooduses on väga oluline, kuna elusolendite suurus, kuju ja proportsioonid sõltuvad suuresti selle suurusest.

Kehakaal. Mõelgem, mis juhtub, kui horisontaaltasandile (toele) asetatakse mingi koormus. Esimesel hetkel pärast koormuse langetamist hakkab see raskusjõu mõjul allapoole liikuma (joonis 8).

Tasapind paindub ja tekib ülespoole suunatud elastsusjõud (toetusreaktsioon). Pärast seda, kui elastsusjõud (Fу) tasakaalustab raskusjõu, peatub keha langetamine ja toe läbipaine.

Toe läbipaine tekkis keha toimel, seetõttu mõjub toele keha küljelt teatud jõud (P), mida nimetatakse keha raskuseks (joon. 8, b). Newtoni kolmanda seaduse järgi on keha mass võrdne maapinna reaktsioonijõuga ja on suunatud vastupidises suunas.

P = - Fу = Raske.

Kehakaal nimetatakse jõuks P, millega keha mõjub tema suhtes liikumatule horisontaalsele toele.

Kuna toele rakendatakse raskusjõudu (raskust), siis see deformeerub ja oma elastsuse tõttu töötab gravitatsioonijõule vastu. Toe küljelt arenevaid jõude nimetatakse sel juhul toetusreaktsiooni jõududeks ja vastutegevuse arenemise nähtust nimetatakse toetusreaktsiooniks. Newtoni kolmanda seaduse järgi on toe reaktsioonijõud suuruselt võrdne keha gravitatsioonijõuga ja vastupidine suunaga.

Kui toel olev inimene liigub oma kehaosade kiirendusega, mis on suunatud toele, siis toe reaktsioonijõud suureneb summaga ma võrra, kus m on inimese mass ja kiirendus, millega tema kehaosad liiguvad. Neid dünaamilisi efekte saab salvestada deformatsioonimõõturi seadmete (dünamogrammide) abil.

Kaalu ei tohi segi ajada kehakaaluga. Keha mass iseloomustab selle inertseid omadusi ega sõltu ei raskusjõust ega liikumiskiirendusest.

Keha kaal iseloomustab jõudu, millega see toele mõjub ja sõltub nii raskusjõust kui ka liikumiskiirendusest.

Näiteks Kuul on keha kaal ligikaudu 6 korda väiksem kui keha kaal Maal. Mass on mõlemal juhul sama ja selle määrab kehas leiduva aine hulk.

Igapäevaelus, tehnikas ja spordis ei näidata kaalu sageli mitte njuutonites (N), vaid jõu kilogrammides (kgf). Üleminek ühelt seadmelt teisele toimub vastavalt valemile: 1 kgf = 9,8 N.

Kui tugi ja keha on liikumatud, on keha mass võrdne selle keha raskusjõuga. Kui tugi ja keha liiguvad mõningase kiirendusega, siis olenevalt selle suunast võib keha kogeda kas kaaluta olekut või ülekoormust. Kui kiirendus langeb kokku ja on võrdne raskuskiirendusega, on keha kaal null, seetõttu tekib kaaluta olek (ISS, kiirlift allalaskmisel). Kui tugiliikumise kiirendus on vastupidine vabalangemise kiirendusele, tekib inimesel ülekoormus (mehitatud kosmoselaeva start Maa pinnalt, kiirlift tõuseb üles).