Hukum graviti sejagat Newton. Undang-undang dan daya graviti sejagat

Newton adalah orang pertama yang menegaskan bahawa kejatuhan batu ke Bumi, pergerakan planet mengelilingi Matahari, dan pergerakan Bulan mengelilingi Bumi disebabkan oleh daya atau interaksi graviti.

Interaksi antara jasad pada jarak jauh berlaku melalui medan graviti yang mereka cipta. Terima kasih kepada beberapa fakta eksperimen, Newton dapat mewujudkan pergantungan daya tarikan dua jasad pada jarak antara mereka. Hukum Newton, yang dipanggil hukum tarikan sejagat, menyatakan bahawa mana-mana dua jasad tertarik antara satu sama lain dengan daya yang berkadar dengan hasil darab jisimnya dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara keduanya. Undang-undang itu dipanggil universal atau universal, kerana ia menerangkan interaksi graviti antara sepasang mana-mana jasad di Alam Semesta yang mempunyai jisim. Kekuatan ini sangat lemah, tetapi tidak ada halangan untuk mereka.

Undang-undang dalam ungkapan literal kelihatan seperti:

Graviti

Glob memberikan pecutan yang sama g = 9.8 m/s2 kepada semua jasad yang jatuh di Bumi, dipanggil pecutan graviti. Ini bermakna Bumi bertindak, menarik, semua jasad dengan daya yang dipanggil graviti. Ini adalah jenis khas daya graviti sejagat. Daya graviti ialah , bergantung kepada jisim badan m, diukur dalam kilogram (kg). Nilai g = 9.8 m/s2 diambil sebagai nilai anggaran; pada latitud yang berbeza dan pada longitud berbeza nilainya berubah sedikit disebabkan oleh fakta bahawa:

jejari Bumi berubah dari kutub ke khatulistiwa (yang membawa kepada penurunan nilai g di khatulistiwa sebanyak 0.18%);
Kesan sentrifugal yang disebabkan oleh putaran bergantung pada latitud geografi (mengurangkan nilai sebanyak 0.34%).

Tanpa berat badan

Katakan bahawa jasad jatuh di bawah pengaruh graviti. Pasukan lain tidak bertindak ke atasnya. Pergerakan ini dipanggil jatuh bebas. Dalam tempoh masa apabila hanya F berat bertindak ke atas badan, badan akan berada dalam keadaan tanpa berat. Dalam jatuh bebas, berat badan seseorang hilang.

Berat ialah daya yang digunakan oleh badan meregangkan ampaian atau bertindak pada sokongan mendatar.

Keadaan tanpa berat dialami oleh penerjun payung semasa melompat, seseorang semasa melompat ski, dan penumpang kapal terbang jatuh ke dalam poket udara. Kami berasa tanpa berat hanya untuk masa yang sangat singkat, hanya beberapa saat. Tetapi angkasawan dalam kapal angkasa yang terbang di orbit dengan enjin dimatikan mengalami ketiadaan berat untuk masa yang lama. Kapal angkasa berada dalam keadaan jatuh bebas, dan mayat berhenti bertindak pada sokongan atau penggantungan - mereka berada dalam keadaan tanpa berat.

Satelit bumi buatan

Ia adalah mungkin untuk mengatasi graviti Bumi jika badan mempunyai kelajuan tertentu. Menggunakan undang-undang graviti, kita boleh menentukan kelajuan di mana jasad berjisim m, berputar dalam orbit bulat mengelilingi planet, tidak akan jatuh ke atasnya dan akan menjadi satelitnya. Pertimbangkan pergerakan jasad dalam bulatan mengelilingi Bumi. Jasad digerakkan oleh daya graviti dari Bumi. Daripada hukum kedua Newton kita ada:

Oleh kerana jasad bergerak dalam bulatan dengan pecutan sentripetal:

Di mana r ialah jejari orbit bulat, R = 6400 km ialah jejari Bumi, dan h ialah ketinggian di atas permukaan Bumi di mana satelit itu bergerak. Daya F yang bertindak ke atas jasad berjisim m adalah sama dengan , di mana Mz = 5.98*1024 kg - jisim Bumi.
Kami ada: . Menyatakan kelajuan ia akan dipanggil Kelajuan kosmik pertama ialah kelajuan paling rendah di mana jasad dihantar, ia menjadi satelit Bumi buatan (AES).

Ia juga dipanggil bulatan. Kami mengambil ketinggian sama dengan 0 dan mencari kelajuan ini, ia adalah lebih kurang sama dengan:
Ia sama dengan kelajuan satelit buatan yang berputar mengelilingi Bumi dalam orbit bulat tanpa kehadiran rintangan atmosfera.
Dari formula anda dapat melihat bahawa kelajuan satelit tidak bergantung pada jisimnya, yang bermaksud bahawa mana-mana badan boleh menjadi satelit buatan.
Jika anda memberikan badan kelajuan yang lebih besar, ia akan mengatasi graviti Bumi.

Halaju kosmik kedua ialah kelajuan terendah yang membolehkan jasad, tanpa pengaruh sebarang daya tambahan, untuk mengatasi graviti dan menjadi satelit Matahari.

Kelajuan ini dipanggil parabola; ia sepadan dengan trajektori parabola jasad dalam medan graviti Bumi (jika tiada rintangan atmosfera). Ia boleh dikira dari formula:

Di sini r ialah jarak dari pusat Bumi ke tapak pelancaran.
Berhampiran permukaan Bumi . Terdapat satu lagi kelajuan, yang dengannya badan boleh meninggalkan sistem suria dan berkeliaran di ruang angkasa.

Halaju pelarian ketiga, kelajuan terendah yang membolehkan kapal angkasa mengatasi graviti Matahari dan meninggalkan Sistem Suria.

kelajuan ini

Dalam fizik, terdapat sejumlah besar undang-undang, istilah, definisi dan formula yang menerangkan semua fenomena alam di bumi dan di Alam Semesta. Salah satu yang utama ialah undang-undang graviti sejagat, yang ditemui oleh saintis hebat dan terkenal Isaac Newton. Takrifnya kelihatan seperti ini: mana-mana dua badan di Alam Semesta saling tertarik antara satu sama lain dengan daya tertentu. Formula untuk graviti universal, yang mengira daya ini, akan mempunyai bentuk: F = G*(m1*m2 / R*R).

Sejarah penemuan undang-undang

Untuk masa yang sangat lama orang telah mengkaji langit. Mereka ingin mengetahui semua ciri-cirinya, segala-galanya yang memerintah di ruang yang tidak boleh diakses. Mereka membuat kalendar berdasarkan langit dan mengira tarikh penting dan tarikh cuti keagamaan. Orang ramai percaya bahawa pusat seluruh Alam Semesta adalah Matahari, di sekelilingnya semua objek angkasa beredar.

Minat saintifik yang sangat kuat dalam ruang dan astronomi secara umum muncul pada abad ke-16. Tycho Brahe, seorang ahli astronomi yang hebat, semasa penyelidikannya memerhatikan pergerakan planet-planet, merekod dan mensistematiskan pemerhatiannya. Pada masa Isaac Newton menemui undang-undang graviti sejagat, sistem Copernican telah pun ditubuhkan di dunia, mengikut mana semua benda angkasa beredar mengelilingi bintang dalam orbit tertentu. Saintis hebat Kepler, berdasarkan penyelidikan Brahe, menemui undang-undang kinematik yang mencirikan pergerakan planet.

Berdasarkan undang-undang Kepler, Isaac Newton menemuinya dan mengetahuinya, Apa:

Pergerakan planet menunjukkan kehadiran daya pusat.
Daya pusat menyebabkan planet-planet bergerak dalam orbitnya.

Menghuraikan formula

Terdapat lima pembolehubah dalam formula hukum Newton:

Seberapa tepat pengiraan?

Memandangkan undang-undang Isaac Newton ialah undang-undang mekanik, pengiraan tidak selalu mencerminkan setepat mungkin daya sebenar yang objek berinteraksi. Lebih-lebih lagi , formula ini hanya boleh digunakan dalam dua kes:

Apabila dua jasad yang berlaku interaksi adalah objek homogen.
Apabila salah satu badan adalah titik material, dan satu lagi adalah bola homogen.

Medan graviti

Menurut undang-undang ketiga Newton, kita memahami bahawa daya interaksi antara dua jasad adalah sama nilainya, tetapi berlawanan arah. Arah daya berlaku dengan ketat di sepanjang garis lurus yang menghubungkan pusat jisim dua jasad yang berinteraksi. Interaksi tarikan antara jasad berlaku disebabkan oleh medan graviti.

Penerangan tentang interaksi dan graviti

Graviti mempunyai medan interaksi jarak jauh. Dalam erti kata lain, pengaruhnya meluas pada jarak kosmik yang sangat besar. Terima kasih kepada graviti, manusia dan semua objek lain tertarik ke bumi, dan bumi dan semua planet sistem suria tertarik kepada Matahari. Graviti ialah pengaruh berterusan jasad antara satu sama lain; ia adalah fenomena yang menentukan hukum graviti sejagat. Adalah sangat penting untuk memahami satu perkara - semakin besar badan, semakin banyak gravitinya. Bumi mempunyai jisim yang sangat besar, jadi kita tertarik kepadanya, dan Matahari mempunyai berat beberapa juta kali lebih banyak daripada Bumi, jadi planet kita tertarik kepada bintang.

Albert Einstein, salah seorang ahli fizik terhebat, berpendapat bahawa graviti antara dua jasad berlaku disebabkan oleh kelengkungan ruang-masa. Para saintis yakin bahawa ruang, seperti kain, boleh ditekan, dan objek yang lebih besar, semakin kuat ia akan menekan kain ini. Einstein menjadi pengarang teori relativiti, yang menyatakan bahawa segala-galanya di Alam Semesta adalah relatif, walaupun kuantiti seperti masa.

Contoh pengiraan

Mari cuba, menggunakan formula undang-undang graviti universal yang telah diketahui, menyelesaikan masalah fizik:

Jejari Bumi adalah kira-kira 6350 kilometer. Mari kita ambil pecutan jatuh bebas sebagai 10. Ia adalah perlu untuk mencari jisim Bumi.

Penyelesaian: Pecutan graviti berhampiran Bumi akan sama dengan G*M / R^2. Daripada persamaan ini kita boleh menyatakan jisim Bumi: M = g*R^2 / G. Yang tinggal hanyalah menggantikan nilai ke dalam formula: M = 10*6350000^2 / 6.7 * 10^-11 . Untuk tidak bimbang tentang darjah, mari kita kurangkan persamaan kepada bentuk:

M = 10* (6.4*10^6)^2 / 6.7 * 10^-11.

Selepas membuat pengiraan, kita dapati bahawa jisim Bumi adalah lebih kurang 6*10^24 kilogram.

I. Newton dapat menyimpulkan daripada undang-undang Kepler salah satu undang-undang asas alam - undang-undang graviti sejagat. Newton tahu bahawa untuk semua planet dalam sistem suria, pecutan adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak dari planet ke Matahari dan pekali kekadaran adalah sama untuk semua planet.

Dari sini ia mengikuti, pertama sekali, bahawa daya tarikan yang bertindak dari Matahari pada planet mestilah berkadar dengan jisim planet ini. Malah, jika pecutan planet diberikan oleh formula (123.5), maka daya yang menyebabkan pecutan

di manakah jisim planet ini. Sebaliknya, Newton mengetahui pecutan yang Bumi berikan kepada Bulan; ia ditentukan daripada pemerhatian pergerakan Bulan semasa ia mengelilingi Bumi. Pecutan ini adalah lebih kurang satu kali kurang daripada pecutan yang diberikan oleh Bumi kepada jasad yang terletak berhampiran permukaan Bumi. Jarak dari Bumi ke Bulan adalah lebih kurang sama dengan jejari Bumi. Dalam erti kata lain, Bulan adalah beberapa kali lebih jauh dari pusat Bumi daripada jasad yang terletak di permukaan Bumi, dan pecutannya adalah beberapa kali kurang.

Jika kita menerima bahawa Bulan bergerak di bawah pengaruh graviti Bumi, maka ia berikutan bahawa daya graviti Bumi, seperti daya graviti Matahari, berkurangan dalam perkadaran songsang kepada kuasa dua jarak dari pusat Bumi. . Akhirnya, daya graviti Bumi adalah berkadar terus dengan jisim jasad yang tertarik. Newton membuktikan fakta ini dalam eksperimen dengan bandul. Beliau mendapati bahawa tempoh hayunan bandul tidak bergantung kepada jisimnya. Ini bermakna Bumi memberikan pecutan yang sama kepada bandul yang berlainan jisim, dan, akibatnya, daya graviti Bumi adalah berkadar dengan jisim jasad di mana ia bertindak. Perkara yang sama, sudah tentu, mengikuti pecutan graviti yang sama untuk jasad yang berlainan jisim, tetapi eksperimen dengan bandul membolehkan untuk mengesahkan fakta ini dengan lebih ketepatan.

Ciri-ciri serupa bagi daya graviti Matahari dan Bumi ini membawa Newton kepada kesimpulan bahawa sifat daya ini adalah sama dan terdapat daya graviti sejagat yang bertindak antara semua jasad dan berkurangan dalam perkadaran songsang dengan kuasa dua jarak. antara badan. Dalam kes ini, daya graviti yang bertindak pada jisim tertentu mestilah berkadar dengan jisim.

Berdasarkan fakta dan pertimbangan ini, Newton merumuskan hukum graviti sejagat dengan cara ini: mana-mana dua jasad tertarik antara satu sama lain dengan daya yang diarahkan sepanjang garis yang menghubungkannya, berkadar terus dengan jisim kedua-dua jasad dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka, iaitu daya graviti bersama

di mana dan ialah jisim jasad, ialah jarak antara mereka, dan ialah pekali kekadaran, dipanggil pemalar graviti (kaedah mengukurnya akan diterangkan di bawah). Menggabungkan formula ini dengan formula (123.4), kita melihat bahawa , di manakah jisim Matahari. Daya graviti sejagat memenuhi undang-undang ketiga Newton. Ini disahkan oleh semua pemerhatian astronomi mengenai pergerakan benda angkasa.

Dalam rumusan ini, undang-undang graviti sejagat boleh digunakan untuk jasad yang boleh dianggap sebagai titik material, iaitu, kepada jasad yang jaraknya sangat besar berbanding dengan saiznya, jika tidak, anda perlu mengambil kira titik jasad yang berbeza. dipisahkan antara satu sama lain pada jarak yang berbeza . Untuk badan sfera homogen, formula itu sah untuk sebarang jarak antara jasad, jika kita mengambil jarak antara pusatnya sebagai nilai. Khususnya, dalam kes tarikan jasad oleh Bumi, jarak mesti dikira dari pusat Bumi. Ini menjelaskan fakta bahawa daya graviti hampir tidak berkurang apabila ketinggian di atas Bumi bertambah (§ 54): memandangkan jejari Bumi adalah lebih kurang 6400, maka apabila kedudukan jasad di atas permukaan Bumi berubah dalam masa berpuluh-puluh. kilometer, daya graviti Bumi kekal praktikal tidak berubah.

Pemalar graviti boleh ditentukan dengan mengukur semua kuantiti lain yang termasuk dalam undang-undang graviti universal untuk mana-mana kes tertentu.

Ia adalah mungkin untuk kali pertama untuk menentukan nilai pemalar graviti menggunakan baki kilasan, struktur yang ditunjukkan secara skematik dalam Rajah. 202. Sebuah rocker ringan, di hujungnya dua bola jisim yang sama dilekatkan, digantung pada benang yang panjang dan nipis. Lengan goyang dilengkapi dengan cermin, yang membolehkan pengukuran optik putaran kecil lengan goyang di sekeliling paksi menegak. Dua bola dengan jisim yang jauh lebih besar boleh didekati dari sisi yang berbeza ke bola.

nasi. 202. Skim neraca kilasan untuk mengukur pemalar graviti

Daya tarikan bola kecil kepada bola besar mencipta sepasang daya yang memutarkan rocker mengikut arah jam (apabila dilihat dari atas). Dengan mengukur sudut di mana lengan goyang berputar apabila menghampiri bola bola, dan mengetahui sifat keanjalan benang di mana lengan goyang digantung, adalah mungkin untuk menentukan momen pasangan daya dengan jisim itu. tertarik kepada orang ramai. Oleh kerana jisim bola dan jarak antara pusatnya (pada kedudukan rocker tertentu) diketahui, nilai boleh didapati daripada formula (124.1). Ia ternyata sama

Selepas nilai ditentukan, ternyata jisim Bumi dapat ditentukan dari undang-undang graviti sejagat. Sememangnya, mengikut undang-undang ini, badan berjisim yang terletak di permukaan Bumi tertarik ke Bumi dengan daya

di manakah jisim Bumi, dan ialah jejarinya. Sebaliknya, kita tahu bahawa . Menyamakan kuantiti ini, kita dapati

Oleh itu, walaupun daya graviti sejagat yang bertindak antara jasad yang berlainan jisim adalah sama, jasad berjisim kecil menerima pecutan ketara, dan jasad berjisim besar mengalami pecutan rendah.

Oleh kerana jumlah jisim semua planet Sistem Suria adalah lebih sedikit daripada jisim Matahari, pecutan yang Matahari alami akibat tindakan daya graviti ke atasnya dari planet adalah diabaikan berbanding dengan pecutan yang daya graviti Matahari diberikan kepada planet-planet. Daya graviti yang bertindak antara planet juga agak kecil. Oleh itu, apabila mempertimbangkan undang-undang pergerakan planet (undang-undang Kepler), kami tidak mengambil kira gerakan Matahari itu sendiri dan kira-kira mengandaikan bahawa lintasan planet adalah orbit elips, di salah satu fokus di mana Matahari terletak. . Walau bagaimanapun, dalam pengiraan yang tepat adalah perlu untuk mengambil kira "perturbasi" yang dibawa oleh daya graviti dari planet lain ke dalam pergerakan Matahari itu sendiri atau mana-mana planet.

124.1. Berapakah daya graviti yang bertindak pada peluru roket akan berkurangan apabila ia naik 600 km di atas permukaan Bumi? Jejari Bumi diambil sebagai 6400 km.

124.2. Jisim Bulan adalah 81 kali lebih kecil daripada jisim Bumi, dan jejari Bulan adalah lebih kurang 3.7 kali lebih kecil daripada jejari Bumi. Cari berat seseorang di Bulan jika beratnya di Bumi ialah 600N.

124.3. Jisim Bulan adalah 81 kali lebih kecil daripada jisim Bumi. Cari pada garis yang menghubungkan pusat Bumi dan Bulan titik di mana daya graviti Bumi dan Bulan yang bertindak ke atas jasad yang diletakkan pada titik ini adalah sama antara satu sama lain.

… Biarkan manusia bergembira kerana perhiasan umat manusia seperti itu hidup di kalangan mereka.

(Inskripsi pada kubur Isaac Newton)

Setiap murid sekolah mengetahui legenda yang indah tentang bagaimana Isaac Newton menemui undang-undang graviti sejagat: sebiji epal jatuh di atas kepala saintis yang hebat, dan bukannya marah, Isaac tertanya-tanya mengapa ini berlaku? Mengapa Bumi menarik segala-galanya, tetapi apa yang dilemparkan sentiasa jatuh?

Tetapi kemungkinan besar ia adalah legenda indah yang dicipta kemudian. Pada hakikatnya, Newton terpaksa melakukan kerja yang sukar dan bersusah payah untuk menemui undang-undangnya. Kami ingin memberitahu anda tentang bagaimana saintis hebat itu menemui undang-undangnya yang terkenal.

Prinsip saintis semula jadi

Isaac Newton hidup pada pergantian abad ke-17 dan ke-18 (1642-1727). Kehidupan pada masa ini berbeza sama sekali. Eropah digegarkan oleh peperangan, dan pada tahun 1666, England, tempat Newton tinggal, telah dilanda wabak yang dahsyat yang dipanggil "Black Death." Acara ini kemudiannya dipanggil "Wabak Besar London." Banyak sains baru muncul; terdapat sedikit orang yang berpendidikan, serta apa yang mereka ketahui.

Sebagai contoh, akhbar mingguan moden mengandungi lebih banyak maklumat daripada orang biasa pada masa itu akan belajar sepanjang hidupnya!

Di sebalik semua kesukaran ini, ada orang yang berusaha untuk pengetahuan, membuat penemuan dan bergerak maju ke hadapan. Salah seorang daripada mereka ialah saintis Inggeris yang hebat Isaac Newton.

Prinsip-prinsip yang dia panggil "peraturan falsafah" membantu saintis membuat penemuan utamanya.

Peraturan 1.“Tiada sebab lain yang harus diterima secara semula jadi selain daripada sebab yang benar dan mencukupi untuk menjelaskan fenomena... alam tidak melakukan apa-apa dengan sia-sia, dan sia-sia untuk ramai orang melakukan apa yang boleh dilakukan oleh lebih sedikit. Alam itu sederhana dan tidak mewah dengan sebab-sebab yang berlebihan...”

Intipati peraturan ini ialah jika kita boleh menerangkan secara menyeluruh sesuatu fenomena baru dengan undang-undang sedia ada, maka kita tidak seharusnya memperkenalkan yang baru. Peraturan ini dalam bentuk umum dipanggil pisau cukur Occam.

Peraturan 2.“Dalam fizik eksperimen, proposisi yang diperoleh daripada fenomena yang berlaku menggunakan induksi (iaitu, kaedah aruhan), walaupun terdapat kemungkinan andaian yang bertentangan dengannya, harus dihormati sebagai benar, sama ada tepat atau lebih kurang, sehingga fenomena tersebut ditemui yang mana mereka dijelaskan lebih lanjut atau akan tertakluk kepada pengecualian.” Ini bermakna semua undang-undang fizik mesti dibuktikan atau disangkal secara eksperimen.

Dalam prinsip falsafahnya, Newton merumuskan prinsip tersebut cara saintifik. Fizik moden berjaya meneroka dan menggunakan fenomena yang sifatnya masih belum dijelaskan (contohnya, zarah asas). Sejak Newton, sains semula jadi telah berkembang dengan kepercayaan yang kukuh bahawa dunia boleh diketahui dan Alam Semulajadi disusun mengikut prinsip matematik yang mudah. Keyakinan ini menjadi asas falsafah kepada kemajuan besar sains dan teknologi dalam sejarah manusia.

Bahu Gergasi

Anda mungkin tidak pernah mendengar tentang ahli alkimia Denmark Senyap Brahe. Bagaimanapun, dialah yang menjadi guru Kepler dan yang pertama menyusun jadual pergerakan planet yang tepat berdasarkan pemerhatiannya. Perlu diingatkan bahawa jadual ini hanya mewakili koordinat planet-planet di langit. Diam-diam mewasiatkan mereka Johannes Kepler, kepada pelajarnya, yang, selepas mengkaji dengan teliti jadual-jadual ini, menyedari bahawa pergerakan planet-planet tertakluk kepada corak tertentu. Kepler merumuskannya seperti berikut:

Semua planet bergerak dalam bentuk elips, dengan Matahari di salah satu fokusnya.
Jejari yang diambil dari Matahari ke planet "menyapu" kawasan yang sama dalam tempoh masa yang sama.
Kuasa dua tempoh dua planet (T 1 dan T 2) dikaitkan sebagai kubus paksi separuh utama orbitnya (R 1 dan R 2):

Apa yang menarik perhatian mata ialah Matahari memainkan peranan istimewa dalam undang-undang ini. Tetapi Kepler tidak dapat menjelaskan peranan ini, sama seperti dia tidak dapat menjelaskan sebab pergerakan planet mengelilingi Matahari.

Isaac Newton pernah mengatakan bahawa jika dia melihat lebih jauh daripada yang lain, itu hanya kerana dia berdiri di atas bahu gergasi. Dia berusaha untuk mencari punca undang-undang Kepler.

Undang-undang Dunia

Newton menyedari bahawa untuk mengubah kelajuan jasad, perlu menggunakan daya padanya. Hari ini setiap murid sekolah mengetahui kenyataan ini sebagai Hukum pertama Newton: perubahan dalam kelajuan jasad per unit masa (dengan kata lain, pecutan a) adalah berkadar terus dengan daya (F), dan berkadar songsang dengan jisim jasad (m). Semakin besar jisim badan, semakin banyak usaha yang perlu kita keluarkan untuk mengubah kelajuannya. Sila ambil perhatian bahawa Newton hanya menggunakan satu ciri badan - jisimnya, tanpa mengambil kira bentuknya, diperbuat daripada apa, warna apa, dsb. Ini adalah contoh penggunaan pisau cukur Occam. Newton percaya bahawa jisim badan adalah "faktor" yang diperlukan dan mencukupi untuk menggambarkan interaksi badan:

Newton membayangkan planet-planet sebagai badan besar yang bergerak dalam bulatan (atau hampir bulatan). Dalam kehidupan seharian, dia sering memerhatikan pergerakan yang sama: kanak-kanak bermain dengan bola yang diikat dengan benang, mereka memutarnya di atas kepala mereka. Dalam kes ini, Newton melihat bola (planet) dan ia bergerak dalam bulatan, tetapi tidak melihat benang. Melukis analogi yang sama dan menggunakan peraturan falsafahnya, Newton menyedari bahawa perlu mencari daya tertentu - "benang" yang menghubungkan planet dan Matahari. Penaakulan selanjutnya dipermudahkan selepas Newton menggunakan undang-undang dinamiknya sendiri.

Newton, menggunakan hukum pertamanya dan hukum ketiga Kepler, memperoleh:

Oleh itu, Newton menentukan bahawa Matahari bertindak di atas planet dengan daya:

Dia juga menyedari bahawa semua planet beredar mengelilingi Matahari, dan menganggap adalah wajar bahawa jisim Matahari harus diambil kira dalam pemalar:

Dalam bentuk inilah hukum graviti universal sepadan dengan pemerhatian Kepler dan undang-undang pergerakan planetnya. Nilai G = 6.67 x 10 (-11) H (m/kg) 2 diperoleh daripada pemerhatian planet. Terima kasih kepada undang-undang ini, pergerakan benda angkasa diterangkan, dan, lebih-lebih lagi, kami dapat meramalkan kewujudan objek yang tidak kelihatan kepada kami. Pada tahun 1846, saintis mengira orbit planet yang tidak diketahui sebelum ini, yang dengan kewujudannya mempengaruhi pergerakan planet lain dalam sistem suria. Ia adalah .

Newton percaya bahawa prinsip mudah dan "mekanisme interaksi" mendasari perkara yang paling kompleks. Itulah sebabnya dia dapat membezakan corak dalam pemerhatian pendahulunya dan merumuskannya ke dalam Hukum Gravitasi Sejagat.

Secara semula jadi, terdapat pelbagai daya yang mencirikan interaksi badan. Mari kita pertimbangkan daya yang berlaku dalam mekanik.

Daya graviti. Mungkin kuasa pertama yang manusia menyedari kewujudannya ialah daya graviti yang bertindak ke atas jasad dari Bumi.

Dan ia mengambil masa berabad-abad untuk orang ramai memahami bahawa daya graviti bertindak antara mana-mana badan. Dan ia mengambil masa berabad-abad untuk orang ramai memahami bahawa daya graviti bertindak antara mana-mana badan. Ahli fizik Inggeris Newton adalah orang pertama yang memahami fakta ini. Menganalisis undang-undang yang mengawal pergerakan planet (hukum Kepler), beliau membuat kesimpulan bahawa undang-undang pergerakan planet yang diperhatikan hanya boleh dipenuhi jika terdapat daya tarikan di antara mereka, berkadar terus dengan jisimnya dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka.

Newton dirumuskan hukum graviti sejagat. Mana-mana dua badan menarik antara satu sama lain. Daya tarikan antara jasad titik diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkannya, adalah berkadar terus dengan jisim kedua-duanya dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka:

Dalam kes ini, jasad titik difahami sebagai jasad yang dimensinya berkali-kali lebih kecil daripada jarak antaranya.

Daya graviti sejagat dipanggil daya graviti. Pekali kekadaran G dipanggil pemalar graviti. Nilainya ditentukan secara eksperimen: G = 6.7 10¯¹¹ N m² / kg².

Graviti bertindak berhampiran permukaan bumi diarahkan ke arah pusatnya dan dikira dengan formula:

di mana g ialah pecutan graviti (g = 9.8 m/s²).

Peranan graviti dalam alam semula jadi adalah sangat penting, kerana saiz, bentuk dan perkadaran makhluk hidup sebahagian besarnya bergantung pada magnitudnya.

Berat badan. Mari kita pertimbangkan apa yang berlaku apabila beberapa beban diletakkan pada satah mendatar (sokongan). Pada saat pertama selepas beban diturunkan, ia mula bergerak ke bawah di bawah pengaruh graviti (Rajah 8).

Satah bengkok dan daya kenyal (tindak balas sokongan) yang diarahkan ke atas muncul. Selepas daya kenyal (Fу) mengimbangi daya graviti, penurunan badan dan pesongan sokongan akan berhenti.

Pesongan sokongan timbul di bawah tindakan badan, oleh itu, daya tertentu (P) bertindak pada sokongan dari sisi badan, yang dipanggil berat badan (Rajah 8, b). Menurut undang-undang ketiga Newton, berat badan adalah sama besarnya dengan daya tindak balas tanah dan diarahkan ke arah yang bertentangan.

P = - Fу = Berat.

Berat badan dipanggil daya P yang mana jasad bertindak pada sokongan mengufuk yang tidak bergerak berbanding dengannya.

Oleh kerana daya graviti (berat) dikenakan pada sokongan, ia berubah bentuk dan, disebabkan keanjalannya, melawan daya graviti. Daya yang dibangunkan dalam kes ini dari sisi sokongan dipanggil daya tindak balas sokongan, dan fenomena perkembangan tindak balas dipanggil tindak balas sokongan. Menurut undang-undang ketiga Newton, daya tindak balas sokongan adalah sama besarnya dengan daya graviti jasad dan berlawanan arah.

Jika seseorang di atas sokongan bergerak dengan pecutan bahagian badannya diarahkan daripada sokongan, maka daya tindak balas sokongan itu meningkat dengan jumlah ma, dengan m ialah jisim orang itu, dan ialah pecutan yang bahagian badannya bergerak. Kesan dinamik ini boleh dirakam menggunakan peranti tolok terikan (dinamogram).

Berat badan tidak boleh dikelirukan dengan berat badan. Jisim jasad mencirikan sifat lengainya dan tidak bergantung sama ada pada daya graviti atau pada pecutan ia bergerak.

Berat badan mencirikan daya yang ia bertindak pada sokongan dan bergantung kepada kedua-dua daya graviti dan pecutan pergerakan.

Sebagai contoh, di Bulan berat badan adalah lebih kurang 6 kali kurang daripada berat badan di Bumi. Jisim dalam kedua-dua kes adalah sama dan ditentukan oleh jumlah jirim dalam badan.

Dalam kehidupan seharian, teknologi, dan sukan, berat sering ditunjukkan bukan dalam newton (N), tetapi dalam kilogram daya (kgf). Peralihan dari satu unit ke unit lain dijalankan mengikut formula: 1 kgf = 9.8 N.

Apabila sokongan dan badan tidak bergerak, maka jisim badan adalah sama dengan graviti badan ini. Apabila sokongan dan badan bergerak dengan sedikit pecutan, maka, bergantung pada arahnya, badan boleh mengalami sama ada tanpa berat atau beban berlebihan. Apabila pecutan bertepatan dalam arah dan sama dengan pecutan graviti, berat badan akan menjadi sifar, oleh itu keadaan tanpa berat timbul (ISS, lif berkelajuan tinggi apabila menurunkan ke bawah). Apabila pecutan pergerakan sokongan adalah bertentangan dengan pecutan jatuh bebas, orang itu mengalami beban berlebihan (pelancaran kapal angkasa berawak dari permukaan Bumi, lif berkelajuan tinggi naik ke atas).