Ang batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton. Ang batas at puwersa ng unibersal na grabitasyon

Si Newton ang unang nagpatunay na ang pagbagsak ng isang bato sa Earth, ang paggalaw ng mga planeta sa paligid ng Araw, at ang paggalaw ng Buwan sa paligid ng Earth ay sanhi ng puwersa o gravitational interaction.

Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan sa isang distansya ay nangyayari sa pamamagitan ng gravitational field na kanilang nilikha. Salamat sa isang bilang ng mga eksperimentong katotohanan, naitatag ni Newton ang pag-asa ng puwersa ng pagkahumaling ng dalawang katawan sa distansya sa pagitan nila. Ang batas ni Newton, na tinatawag na batas ng unibersal na pagkahumaling, ay nagsasaad na ang alinmang dalawang katawan ay naaakit sa isa't isa na may puwersang proporsyonal sa produkto ng kanilang mga masa at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Ang batas ay tinatawag na unibersal o unibersal, dahil inilalarawan nito ang gravitational interaction sa pagitan ng isang pares ng anumang katawan sa Uniberso na may masa. Ang mga puwersang ito ay napakahina, ngunit walang mga hadlang sa kanila.

Ang batas sa literal na pagpapahayag ay ganito ang hitsura:

Grabidad

Ang globo ay nagbibigay ng parehong acceleration g = 9.8 m/s2 sa lahat ng katawan na bumabagsak sa Earth, na tinatawag na acceleration of gravity. Nangangahulugan ito na ang Earth ay kumikilos, umaakit, lahat ng mga katawan na may puwersa na tinatawag na gravity. Ito ay isang espesyal na uri ng unibersal na puwersa ng gravitational. Ang puwersa ng grabidad ay , depende sa mass ng katawan m, sinusukat sa kilo (kg). Kinukuha ang value na g = 9.8 m/s2 bilang tinatayang halaga; sa iba't ibang latitude at sa iba't ibang longitude, bahagyang nagbabago ang halaga nito dahil sa katotohanang:

nagbabago ang radius ng Earth mula sa poste patungo sa ekwador (na humahantong sa pagbaba ng halaga ng g sa ekwador ng 0.18%);
Ang centrifugal effect na dulot ng pag-ikot ay depende sa geographic na latitude (binabawasan ang halaga ng 0.34%).

Kawalan ng timbang

Ipagpalagay na ang isang katawan ay nahulog sa ilalim ng impluwensya ng grabidad. Ang ibang pwersa ay hindi kumikilos dito. Ang kilusang ito ay tinatawag na free fall. Sa panahong iyon kung kailan F mabigat lamang ang kumikilos sa katawan, ang katawan ay mawawalan ng timbang. Sa free fall, nawawala ang bigat ng isang tao.

Ang timbang ay ang puwersa kung saan iniuunat ng katawan ang suspensyon o kumikilos sa isang pahalang na suporta.

Ang estado ng kawalan ng timbang ay nararanasan ng isang parachutist habang tumatalon, isang tao habang nasa ski jump, at isang pasahero ng eroplano na nahuhulog sa isang air pocket. Nararamdaman namin ang kawalan ng timbang sa loob lamang ng napakaikling panahon, ilang segundo lang. Ngunit ang mga astronaut sa isang spacecraft na lumilipad sa orbit na nakapatay ang mga makina ay nakakaranas ng pagkawala ng timbang sa loob ng mahabang panahon. Ang spacecraft ay nasa isang estado ng libreng pagkahulog, at ang mga katawan ay tumigil sa pagkilos sa suporta o suspensyon - sila ay nasa kawalan ng timbang.

Mga artipisyal na satellite ng lupa

Posibleng malampasan ang gravity ng Earth kung ang katawan ay may tiyak na bilis. Gamit ang batas ng grabidad, matutukoy natin ang bilis kung saan ang isang katawan ng mass m, na umiikot sa isang pabilog na orbit sa paligid ng planeta, ay hindi mahuhulog dito at magiging satellite nito. Isaalang-alang ang paggalaw ng isang katawan sa isang bilog sa paligid ng Earth. Ang katawan ay kumikilos sa pamamagitan ng puwersa ng gravity mula sa Earth. Mula sa ikalawang batas ni Newton mayroon tayong:

Dahil ang isang katawan ay gumagalaw sa isang bilog na may centripetal acceleration:

Kung saan ang r ay ang radius ng circular orbit, ang R = 6400 km ay ang radius ng Earth, at ang h ay ang taas sa ibabaw ng Earth kung saan gumagalaw ang satellite. Ang puwersa F na kumikilos sa isang katawan ng mass m ay katumbas ng , kung saan Mz = 5.98*1024 kg - ang masa ng Earth.
Meron kami: . Nagpapahayag ng bilis ito ay tatawagin Ang unang cosmic speed ay ang pinakamababang bilis kung saan ang isang katawan ay naililipat, ito ay nagiging isang artipisyal na Earth satellite (AES).

Tinatawag din itong pabilog. Kinukuha namin ang taas na katumbas ng 0 at hanapin ang bilis na ito, ito ay humigit-kumulang katumbas ng:
Ito ay katumbas ng bilis ng isang artipisyal na satellite na umiikot sa paligid ng Earth sa isang pabilog na orbit sa kawalan ng atmospheric resistance.
Mula sa formula makikita mo na ang bilis ng isang satellite ay hindi nakasalalay sa masa nito, na nangangahulugan na ang anumang katawan ay maaaring maging isang artipisyal na satellite.
Kung bibigyan mo ang isang katawan ng mas mabilis na bilis, malalampasan nito ang gravity ng Earth.

Ang pangalawang cosmic velocity ay ang pinakamababang bilis na nagpapahintulot sa isang katawan, nang walang impluwensya ng anumang karagdagang pwersa, na pagtagumpayan ang gravity at maging isang satellite ng Araw.

Ang bilis na ito ay tinatawag na parabolic; ito ay tumutugma sa parabolic trajectory ng isang katawan sa gravitational field ng Earth (kung walang atmospheric resistance). Maaari itong kalkulahin mula sa formula:

Narito ang r ay ang distansya mula sa gitna ng Earth hanggang sa lugar ng paglulunsad.
Malapit sa ibabaw ng Earth . May isa pang bilis, kung saan ang isang katawan ay maaaring umalis sa solar system at gumala sa kalawakan ng kalawakan.

Ang ikatlong bilis ng pagtakas, ang pinakamababang bilis na nagpapahintulot sa isang spacecraft na madaig ang gravity ng Araw at umalis sa Solar System.

Ang bilis nito

Sa pisika, mayroong isang malaking bilang ng mga batas, termino, kahulugan at mga pormula na nagpapaliwanag sa lahat ng natural na phenomena sa mundo at sa Uniberso. Ang isa sa mga pangunahing ay ang batas ng unibersal na grabitasyon, na natuklasan ng dakila at kilalang siyentipiko na si Isaac Newton. Ang kahulugan nito ay ganito ang hitsura: alinmang dalawang katawan sa Uniberso ay kapwa naaakit sa isa't isa na may isang tiyak na puwersa. Ang formula para sa unibersal na grabitasyon, na kinakalkula ang puwersang ito, ay magkakaroon ng anyo: F = G*(m1*m2 / R*R).

Kasaysayan ng pagkatuklas ng batas

Sa napakatagal na panahon pinag-aralan ng mga tao ang langit. Nais nilang malaman ang lahat ng mga tampok nito, ang lahat ng naghahari sa hindi naa-access na espasyo. Gumawa sila ng kalendaryo batay sa kalangitan at kinakalkula ang mahahalagang petsa at petsa ng mga pista opisyal sa relihiyon. Naniniwala ang mga tao na ang sentro ng buong Uniberso ay ang Araw, kung saan umiikot ang lahat ng celestial na bagay.

Ang tunay na masiglang siyentipikong interes sa kalawakan at astronomiya sa pangkalahatan ay lumitaw noong ika-16 na siglo. Si Tycho Brahe, isang mahusay na astronomo, sa panahon ng kanyang pananaliksik ay napagmasdan ang mga paggalaw ng mga planeta, naitala at ginawang sistematiko ang kanyang mga obserbasyon. Sa oras na natuklasan ni Isaac Newton ang batas ng unibersal na grabitasyon, ang sistemang Copernican ay naitatag na sa mundo, ayon sa kung saan ang lahat ng mga celestial na katawan ay umiikot sa isang bituin sa ilang mga orbit. Ang mahusay na siyentipiko na si Kepler, batay sa pananaliksik ni Brahe, ay natuklasan ang mga kinematic na batas na nagpapakilala sa paggalaw ng mga planeta.

Batay sa mga batas ni Kepler, Natuklasan ni Isaac Newton ang kanya at nalaman ito, Ano:

Ang mga paggalaw ng mga planeta ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang sentral na puwersa.
Ang sentral na puwersa ay nagiging sanhi ng paggalaw ng mga planeta sa kanilang mga orbit.

Pag-parse ng formula

Mayroong limang mga variable sa formula ng batas ng Newton:

Gaano katumpak ang mga kalkulasyon?

Dahil ang batas ni Isaac Newton ay isang batas ng mekanika, hindi palaging ipinapakita ng mga kalkulasyon nang tumpak hangga't maaari ang aktwal na puwersa kung saan nakikipag-ugnayan ang mga bagay. At saka , ang formula na ito ay magagamit lamang sa dalawang kaso:

Kapag ang dalawang katawan sa pagitan ng kung saan ang interaksyon ay nangyayari ay mga homogenous na bagay.
Kapag ang isa sa mga katawan ay isang materyal na punto, at ang isa ay isang homogenous na bola.

Gravitational field

Ayon sa ikatlong batas ni Newton, naiintindihan namin na ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang katawan ay pantay sa halaga, ngunit magkasalungat sa direksyon. Ang direksyon ng mga puwersa ay nangyayari nang mahigpit sa isang tuwid na linya na nag-uugnay sa mga sentro ng masa ng dalawang nakikipag-ugnay na katawan. Ang pakikipag-ugnayan ng atraksyon sa pagitan ng mga katawan ay nangyayari dahil sa gravitational field.

Paglalarawan ng pakikipag-ugnayan at gravity

Ang gravity ay may napakatagal na mga field ng pakikipag-ugnayan. Sa madaling salita, ang impluwensya nito ay umaabot sa napakalaking mga distansyang kosmiko. Salamat sa gravity, ang mga tao at lahat ng iba pang mga bagay ay naaakit sa lupa, at ang lupa at lahat ng mga planeta ng solar system ay naaakit sa Araw. Ang gravity ay ang patuloy na impluwensya ng mga katawan sa isa't isa; ito ay isang kababalaghan na tumutukoy sa batas ng unibersal na grabitasyon. Napakahalagang maunawaan ang isang bagay - kung mas malaki ang katawan, mas may gravity ito. Ang Earth ay may napakalaking masa, kaya tayo ay naaakit dito, at ang Araw ay tumitimbang ng ilang milyong beses na higit pa kaysa sa Earth, kaya ang ating planeta ay naaakit sa bituin.

Albert Einstein, isa sa mga pinakadakilang physicist, ay nagtalo na ang gravity sa pagitan ng dalawang katawan ay nangyayari dahil sa kurbada ng space-time. Natitiyak ng siyentista na ang espasyo, tulad ng tela, ay maaring ipitin, at kung mas malaki ang bagay, mas malakas itong idiin sa telang ito. Si Einstein ay naging may-akda ng teorya ng relativity, na nagsasaad na ang lahat ng bagay sa Uniberso ay kamag-anak, kahit na ang dami ng oras.

Halimbawa ng pagkalkula

Subukan natin, gamit ang kilalang formula ng batas ng unibersal na grabitasyon, lutasin ang isang problema sa pisika:

Ang radius ng Earth ay humigit-kumulang 6350 kilometro. Kunin natin ang acceleration ng free fall bilang 10. Kinakailangang hanapin ang masa ng Earth.

Solusyon: Ang acceleration ng gravity malapit sa Earth ay magiging katumbas ng G*M / R^2. Mula sa equation na ito maaari nating ipahayag ang masa ng Earth: M = g*R^2 / G. Ang natitira na lang ay palitan ang mga halaga sa formula: M = 10*6350000^2 / 6.7 * 10^-11 . Upang hindi mag-alala tungkol sa mga degree, bawasan natin ang equation sa anyo:

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

Pagkatapos gawin ang matematika, nakita namin na ang masa ng Earth ay humigit-kumulang 6*10^24 kilo.

I. Nagawa ni Newton mula sa mga batas ni Kepler ang isa sa mga pangunahing batas ng kalikasan - ang batas ng unibersal na grabitasyon. Alam ni Newton na para sa lahat ng mga planeta sa solar system, ang acceleration ay inversely proportional sa square ng distansya mula sa planeta hanggang sa Araw at ang coefficient of proportionality ay pareho para sa lahat ng planeta.

Mula dito, sinusunod, una sa lahat, na ang puwersa ng pagkahumaling na kumikilos mula sa Araw sa isang planeta ay dapat na proporsyonal sa masa ng planetang ito. Sa katunayan, kung ang acceleration ng planeta ay binibigyan ng formula (123.5), kung gayon ang puwersa na nagdudulot ng acceleration

nasaan ang masa ng planetang ito. Sa kabilang banda, alam ni Newton ang acceleration na ibinibigay ng Earth sa Buwan; natukoy ito mula sa mga obserbasyon sa paggalaw ng Buwan habang umiikot ito sa Earth. Ang acceleration na ito ay humigit-kumulang isang beses na mas mababa kaysa sa acceleration na ibinibigay ng Earth sa mga katawan na matatagpuan malapit sa ibabaw ng Earth. Ang distansya mula sa Earth hanggang sa Buwan ay humigit-kumulang katumbas ng radii ng Earth. Sa madaling salita, ang Buwan ay ilang beses na mas malayo sa gitna ng Earth kaysa sa mga katawan na matatagpuan sa ibabaw ng Earth, at ang acceleration nito ay ilang beses na mas mababa.

Kung tatanggapin natin na ang Buwan ay gumagalaw sa ilalim ng impluwensya ng gravity ng Earth, pagkatapos ay sumusunod na ang puwersa ng gravity ng Earth, tulad ng puwersa ng gravity ng Araw, ay bumababa sa kabaligtaran na proporsyon sa parisukat ng distansya mula sa gitna ng Earth. . Sa wakas, ang puwersa ng gravity ng Earth ay direktang proporsyonal sa masa ng naaakit na katawan. Itinatag ni Newton ang katotohanang ito sa mga eksperimento sa mga pendulum. Natuklasan niya na ang panahon ng pag-indayog ng isang pendulum ay hindi nakadepende sa masa nito. Nangangahulugan ito na ang Earth ay nagbibigay ng parehong acceleration sa mga pendulum ng iba't ibang masa, at, dahil dito, ang puwersa ng grabidad ng Earth ay proporsyonal sa masa ng katawan kung saan ito kumikilos. Ang parehong, siyempre, ay sumusunod mula sa parehong acceleration ng gravity para sa mga katawan ng iba't ibang masa, ngunit ang mga eksperimento na may mga pendulum ay ginagawang posible upang i-verify ang katotohanang ito nang may higit na katumpakan.

Ang mga katulad na katangian ng gravitational forces ng Araw at ng Earth ay humantong kay Newton sa konklusyon na ang likas na katangian ng mga pwersang ito ay pareho at may mga puwersa ng unibersal na gravity na kumikilos sa pagitan ng lahat ng mga katawan at bumababa sa baligtad na proporsyon sa parisukat ng distansya. sa pagitan ng mga katawan. Sa kasong ito, ang puwersa ng gravitational na kumikilos sa isang partikular na katawan ng masa ay dapat na proporsyonal sa masa.

Batay sa mga katotohanan at pagsasaalang-alang na ito, binalangkas ni Newton ang batas ng unibersal na grabitasyon sa ganitong paraan: anumang dalawang katawan ay naaakit sa isa't isa na may puwersa na nakadirekta sa linya na nagkokonekta sa kanila, direktang proporsyonal sa masa ng parehong mga katawan at inversely proporsyonal sa ang parisukat ng distansya sa pagitan nila, ibig sabihin, mutual gravitational force

kung saan at ang mga masa ng mga katawan, ay ang distansya sa pagitan ng mga ito, at ang koepisyent ng proporsyonalidad, na tinatawag na gravitational constant (ang paraan ng pagsukat nito ay ilalarawan sa ibaba). Ang pagsasama-sama ng formula na ito sa formula (123.4), makikita natin na , nasaan ang masa ng Araw. Ang mga puwersa ng unibersal na grabidad ay nasiyahan sa ikatlong batas ni Newton. Ito ay kinumpirma ng lahat ng astronomical na obserbasyon ng paggalaw ng mga celestial body.

Sa pormulasyon na ito, ang batas ng unibersal na grabitasyon ay naaangkop sa mga katawan na maaaring ituring na materyal na mga punto, ibig sabihin, sa mga katawan na ang distansya sa pagitan ng kung saan ay napakalaki kumpara sa kanilang mga sukat, kung hindi, ito ay kinakailangan upang isaalang-alang na ang iba't ibang mga punto ng katawan ay hiwalay sa isa't isa sa magkaibang distansya. Para sa mga homogenous na spherical na katawan, ang formula ay may bisa para sa anumang distansya sa pagitan ng mga katawan, kung gagawin natin ang distansya sa pagitan ng kanilang mga sentro bilang halaga. Sa partikular, sa kaso ng pagkahumaling ng isang katawan sa pamamagitan ng Earth, ang distansya ay dapat bilangin mula sa gitna ng Earth. Ipinapaliwanag nito ang katotohanan na halos hindi bumababa ang puwersa ng grabidad habang tumataas ang taas sa ibabaw ng Earth (§ 54): dahil ang radius ng Earth ay humigit-kumulang 6400, pagkatapos ay kapag ang posisyon ng katawan sa itaas ng ibabaw ng Earth ay nagbabago sa loob ng kahit sampu. ng kilometro, ang puwersa ng gravity ng Earth ay nananatiling halos hindi nagbabago.

Ang gravitational constant ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsukat sa lahat ng iba pang dami na kasama sa batas ng unibersal na grabitasyon para sa anumang partikular na kaso.

Posible sa unang pagkakataon na matukoy ang halaga ng pare-parehong gravitational gamit ang mga balanse ng pamamaluktot, ang istraktura kung saan ay ipinapakita sa eskematiko sa Fig. 202. Ang isang light rocker, sa mga dulo kung saan dalawang magkaparehong bola ng masa ay nakakabit, ay nakabitin sa isang mahaba at manipis na sinulid. Ang rocker arm ay nilagyan ng salamin, na nagpapahintulot sa optical na pagsukat ng maliliit na pag-ikot ng rocker arm sa paligid ng vertical axis. Dalawang bola ng makabuluhang mas malaking masa ang maaaring lapitan mula sa magkaibang panig hanggang sa mga bola.

kanin. 202. Scheme ng torsion balances para sa pagsukat ng gravitational constant

Ang mga puwersa ng pang-akit ng maliliit na bola sa malalaking bola ay lumikha ng isang pares ng mga puwersa na umiikot sa rocker clockwise (kapag tiningnan mula sa itaas). Sa pamamagitan ng pagsukat sa anggulo kung saan umiikot ang rocker arm kapag papalapit sa mga bola ng mga bola, at pag-alam sa nababanat na mga katangian ng thread kung saan nasuspinde ang rocker arm, posibleng matukoy ang sandali ng pares ng pwersa kung saan ang masa. ay naaakit sa masa. Dahil ang mga masa ng mga bola at ang distansya sa pagitan ng kanilang mga sentro (sa isang naibigay na posisyon ng rocker) ay kilala, ang halaga ay matatagpuan mula sa formula (124.1). Ito ay naging pantay

Matapos matukoy ang halaga, naging posible na matukoy ang masa ng Earth mula sa batas ng unibersal na grabitasyon. Sa katunayan, alinsunod sa batas na ito, ang isang katawan ng masa na matatagpuan sa ibabaw ng Earth ay naaakit sa Earth na may puwersa.

nasaan ang masa ng Earth, at ang radius nito. Sa kabilang banda, alam natin na . Ang pagtutumbas ng mga dami na ito, nakita namin

Kaya, kahit na ang mga puwersa ng unibersal na gravity na kumikilos sa pagitan ng mga katawan ng iba't ibang masa ay pantay, ang isang katawan ng maliit na masa ay tumatanggap ng makabuluhang acceleration, at isang katawan ng malaking masa ay nakakaranas ng mababang acceleration.

Dahil ang kabuuang masa ng lahat ng mga planeta ng Solar System ay bahagyang mas malaki kaysa sa masa ng Araw, ang acceleration na nararanasan ng Araw bilang resulta ng pagkilos ng mga puwersa ng gravitational dito mula sa mga planeta ay bale-wala kumpara sa mga acceleration na Ang puwersa ng gravitational ng Araw ay ibinibigay sa mga planeta. Ang mga puwersa ng gravitational na kumikilos sa pagitan ng mga planeta ay medyo maliit din. Samakatuwid, kapag isinasaalang-alang ang mga batas ng paggalaw ng planeta (mga batas ni Kepler), hindi namin isinasaalang-alang ang paggalaw ng Araw mismo at tinatayang ipinapalagay na ang mga tilapon ng mga planeta ay mga elliptical orbit, sa isa sa mga foci kung saan matatagpuan ang Araw. . Gayunpaman, sa tumpak na mga kalkulasyon, kinakailangang isaalang-alang ang mga "perturbations" na ipinakilala ng mga puwersa ng gravitational mula sa ibang mga planeta sa paggalaw ng Araw mismo o anumang planeta.

124.1. Gaano bababa ang puwersa ng gravity na kumikilos sa isang rocket projectile kapag tumaas ito ng 600 km sa ibabaw ng Earth? Ang radius ng Earth ay kinuha na 6400 km.

124.2. Ang masa ng Buwan ay 81 beses na mas mababa kaysa sa masa ng Earth, at ang radius ng Buwan ay humigit-kumulang 3.7 beses na mas mababa kaysa sa radius ng Earth. Hanapin ang bigat ng isang tao sa Buwan kung ang bigat niya sa Earth ay 600N.

124.3. Ang masa ng Buwan ay 81 beses na mas mababa kaysa sa masa ng Earth. Hanapin sa linya na nag-uugnay sa mga sentro ng Earth at ng Buwan ang punto kung saan ang mga puwersa ng gravitational ng Earth at ng Buwan na kumikilos sa isang katawan na nakalagay sa puntong ito ay pantay sa isa't isa.

… Magsaya ang mga mortal na ang gayong palamuti ng sangkatauhan ay namuhay kasama nila.

(Inskripsyon sa libingan ni Isaac Newton)

Alam ng bawat mag-aaral ang magandang alamat tungkol sa kung paano natuklasan ni Isaac Newton ang batas ng unibersal na grabitasyon: isang mansanas ang nahulog sa ulo ng mahusay na siyentipiko, at sa halip na magalit, nagtaka si Isaac kung bakit nangyari ito? Bakit inaakit ng Earth ang lahat, ngunit ang itinapon ay laging nahuhulog?

Ngunit malamang na ito ay isang magandang alamat na naimbento sa ibang pagkakataon. Sa katotohanan, kinailangan ni Newton na gumawa ng mahirap at maingat na gawain upang matuklasan ang kanyang batas. Nais naming sabihin sa iyo kung paano natuklasan ng mahusay na siyentipiko ang kanyang sikat na batas.

Ang mga prinsipyo ng natural na siyentipiko

Nabuhay si Isaac Newton sa pagliko ng ika-17 at ika-18 na siglo (1642-1727). Ang buhay sa panahong ito ay ganap na naiiba. Ang Europa ay niyanig ng mga digmaan, at noong 1666, ang Inglatera, kung saan nakatira si Newton, ay tinamaan ng isang kakila-kilabot na epidemya na tinatawag na “Black Death.” Ang kaganapang ito ay tatawaging "Great Plague of London." Marami sa mga agham ay umuusbong lamang; kakaunti ang mga taong may pinag-aralan, pati na rin ang kanilang nalalaman.

Halimbawa, ang isang modernong lingguhang pahayagan ay naglalaman ng higit na impormasyon kaysa sa karaniwang natututuhan ng karaniwang tao sa panahong iyon sa buong buhay niya!

Sa kabila ng lahat ng mga paghihirap na ito, may mga taong nagsikap para sa kaalaman, gumawa ng mga pagtuklas at sumulong sa pagsulong. Ang isa sa kanila ay ang dakilang siyentipikong Ingles na si Isaac Newton.

Ang mga prinsipyo na tinawag niyang "mga tuntunin ng pilosopiya" ay nakatulong sa siyentipiko na gawin ang kanyang mga pangunahing pagtuklas.

Panuntunan 1.“Walang ibang dahilan ang dapat tanggapin sa kalikasan maliban sa mga totoo at sapat upang ipaliwanag ang mga kababalaghan... walang ginagawa ang kalikasan nang walang kabuluhan, at magiging walang kabuluhan para sa marami na gawin ang magagawa ng mas kakaunti. Ang kalikasan ay simple at hindi luho sa mga kalabisan dahilan ng mga bagay-bagay...”

Ang kakanyahan ng panuntunang ito ay kung maaari nating ipaliwanag nang lubusan ang isang bagong kababalaghan sa pamamagitan ng mga umiiral na batas, hindi tayo dapat magpakilala ng mga bago. Ang panuntunang ito sa pangkalahatang anyo ay tinatawag Ang labaha ni Occam.

Panuntunan 2."Sa pang-eksperimentong pisika, ang mga panukalang nagmula sa mga nagaganap na phenomena gamit ang induction (iyon ay, ang paraan ng induction), sa kabila ng posibilidad ng mga pagpapalagay na salungat sa mga ito, ay dapat igalang bilang totoo, alinman sa eksakto o humigit-kumulang, hanggang sa ang mga naturang phenomena ay natuklasan kung saan sila ay higit pang nilinaw o sasailalim sa pagbubukod.” Nangangahulugan ito na ang lahat ng mga batas ng pisika ay dapat na patunayan o pabulaanan sa pamamagitan ng eksperimento.

Sa kanyang mga prinsipyo ng pamimilosopo, binalangkas ni Newton ang mga prinsipyo siyentipikong pamamaraan. Matagumpay na ginalugad at inilalapat ng modernong pisika ang mga phenomena na ang kalikasan ay hindi pa nilinaw (halimbawa, mga elementarya na particle). Mula kay Newton, ang natural na agham ay umunlad sa matatag na paniniwala na ang mundo ay makikilala at ang Kalikasan ay inorganisa ayon sa mga simpleng prinsipyo ng matematika. Ang pagtitiwala na ito ay naging pilosopikal na batayan para sa napakalaking pag-unlad ng agham at teknolohiya sa kasaysayan ng tao.

Balikat ng mga Higante

Marahil ay hindi mo pa naririnig ang tungkol sa Danish alchemist Tahimik Brahe. Gayunpaman, siya ang naging guro ni Kepler at ang unang nag-compile ng tumpak na talahanayan ng mga paggalaw ng planeta batay sa kanyang mga obserbasyon. Dapat pansinin na ang mga talahanayan na ito ay kumakatawan lamang sa mga coordinate ng mga planeta sa kalangitan. Tahimik na ipinamana sa kanila Johannes Kepler, sa kanyang estudyante, na, pagkatapos maingat na pag-aralan ang mga talahanayang ito, natanto na ang paggalaw ng mga planeta ay napapailalim sa isang tiyak na pattern. Binabalangkas sila ni Kepler tulad ng sumusunod:

Ang lahat ng mga planeta ay gumagalaw sa isang ellipse, kasama ang Araw sa isa sa mga nakatutok.
Ang radius na iginuhit mula sa Araw hanggang sa planeta ay "nagwawalis" ng mga pantay na lugar sa pantay na tagal ng panahon.
Ang mga parisukat ng mga panahon ng dalawang planeta (T 1 at T 2) ay nauugnay bilang mga cube ng mga semi-major axes ng kanilang mga orbit (R 1 at R 2):

Ang kaagad na tumatak sa mata ay ang Araw ay gumaganap ng isang espesyal na papel sa mga batas na ito. Ngunit hindi maipaliwanag ni Kepler ang papel na ito, tulad ng hindi niya maipaliwanag ang dahilan ng paggalaw ng mga planeta sa paligid ng Araw.

Minsang sasabihin ni Isaac Newton na kung nakakita siya ng higit pa kaysa sa iba, ito ay dahil lamang siya ay tumayo sa mga balikat ng mga higante. Nagsagawa siya upang hanapin ang ugat ng mga batas ni Kepler.

Batas ng Daigdig

Napagtanto ni Newton na upang mabago ang bilis ng isang katawan, kinakailangan na maglapat ng puwersa dito. Ngayon alam ng bawat mag-aaral ang pahayag na ito bilang Ang unang batas ni Newton: ang pagbabago sa bilis ng isang katawan sa bawat yunit ng oras (sa madaling salita, acceleration a) ay direktang proporsyonal sa puwersa (F), at inversely proporsyonal sa masa ng katawan (m). Kung mas malaki ang masa ng katawan, mas maraming pagsisikap ang dapat nating isagawa upang baguhin ang bilis nito. Mangyaring tandaan na ang Newton ay gumagamit lamang ng isang katangian ng isang katawan - ang masa nito, nang hindi isinasaalang-alang ang hugis nito, kung ano ang ginawa nito, kung ano ang kulay nito, atbp. Ito ay isang halimbawa ng paggamit ng Occam's razor. Naniniwala si Newton na ang body mass ay isang kinakailangan at sapat na "factor" upang ilarawan ang interaksyon ng mga katawan:

Naisip ni Newton ang mga planeta bilang malalaking katawan na gumagalaw sa isang bilog (o halos isang bilog). Sa pang-araw-araw na buhay, madalas niyang naobserbahan ang isang katulad na paggalaw: ang mga bata ay naglalaro ng bola kung saan ang isang thread ay nakatali, pinaikot nila ito sa kanilang mga ulo. Sa kasong ito, nakita ni Newton ang bola (planeta) at na ito ay gumagalaw sa isang bilog, ngunit hindi nakita ang sinulid. Ang pagguhit ng isang katulad na pagkakatulad at paggamit ng kanyang mga alituntunin ng pilosopiya, napagtanto ni Newton na kinakailangan upang maghanap ng isang tiyak na puwersa - isang "thread" na nag-uugnay sa mga planeta at Araw. Ang karagdagang pangangatwiran ay pinasimple pagkatapos na inilapat ni Newton ang kanyang sariling mga batas ng dinamika.

Si Newton, gamit ang kanyang unang batas at ang ikatlong batas ni Kepler, ay nakuha:

Kaya, tinukoy ni Newton na ang Araw ay kumikilos sa mga planeta nang may puwersa:

Napagtanto din niya na ang lahat ng mga planeta ay umiikot sa Araw, at itinuturing na natural na ang masa ng Araw ay dapat isaalang-alang sa pare-pareho:

Sa anyong ito na ang batas ng unibersal na grabitasyon ay tumutugma sa mga obserbasyon ni Kepler at sa kanyang mga batas ng paggalaw ng planeta. Ang halaga G = 6.67 x 10 (-11) H (m/kg) 2 ay nakuha mula sa mga obserbasyon ng mga planeta. Salamat sa batas na ito, inilarawan ang mga paggalaw ng mga celestial body, at, bukod dito, nahulaan namin ang pagkakaroon ng mga bagay na hindi nakikita sa amin. Noong 1846, kinakalkula ng mga siyentipiko ang orbit ng isang dating hindi kilalang planeta, na sa pamamagitan ng pagkakaroon nito ay nakaimpluwensya sa paggalaw ng iba pang mga planeta sa solar system. Ito ay .

Naniniwala si Newton na ang mga simpleng prinsipyo at "mekanismo ng pakikipag-ugnayan" ay sumasailalim sa mga pinakamasalimuot na bagay. Kaya naman naunawaan niya ang isang pattern sa mga obserbasyon ng mga nauna sa kanya at nabalangkas ito sa Batas ng Universal Gravitation.

Sa kalikasan, mayroong iba't ibang mga puwersa na nagpapakilala sa pakikipag-ugnayan ng mga katawan. Isaalang-alang natin ang mga puwersa na nangyayari sa mekanika.

Gravitational forces. Marahil ang pinakaunang puwersa na napagtanto ng pagkakaroon ng tao ay ang puwersa ng grabidad na kumikilos sa mga katawan mula sa Earth.

At tumagal ng maraming siglo para maunawaan ng mga tao na ang puwersa ng grabidad ay kumikilos sa pagitan ng anumang katawan. At tumagal ng maraming siglo para maunawaan ng mga tao na ang puwersa ng grabidad ay kumikilos sa pagitan ng anumang katawan. Ang English physicist na si Newton ang unang nakaunawa sa katotohanang ito. Sa pagsusuri sa mga batas na namamahala sa paggalaw ng mga planeta (mga batas ni Kepler), siya ay dumating sa konklusyon na ang mga sinusunod na mga batas ng paggalaw ng mga planeta ay maaaring matupad lamang kung mayroong isang kaakit-akit na puwersa sa pagitan nila, direktang proporsyonal sa kanilang mga masa at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila.

Newton formulated batas ng unibersal na grabitasyon. Anumang dalawang katawan ay umaakit sa isa't isa. Ang puwersa ng atraksyon sa pagitan ng mga katawan ng punto ay nakadirekta sa tuwid na linya na kumukonekta sa kanila, ay direktang proporsyonal sa mga masa ng pareho at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila:

Sa kasong ito, ang mga point body ay nauunawaan bilang mga katawan na ang mga sukat ay maraming beses na mas maliit kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito.

Ang mga puwersa ng unibersal na gravity ay tinatawag na gravitational forces. Ang proportionality coefficient G ay tinatawag na gravitational constant. Natukoy ang halaga nito sa eksperimentong paraan: G = 6.7 10¯¹¹ N m² / kg².

Grabidad kumikilos malapit sa ibabaw ng Earth ay nakadirekta patungo sa gitna nito at kinakalkula ng formula:

kung saan ang g ay ang acceleration ng gravity (g = 9.8 m/s²).

Ang papel ng gravity sa buhay na kalikasan ay napakahalaga, dahil ang laki, hugis at proporsyon ng mga nabubuhay na nilalang ay higit na nakadepende sa laki nito.

Timbang ng katawan. Isaalang-alang natin kung ano ang mangyayari kapag ang ilang load ay inilagay sa isang pahalang na eroplano (suporta). Sa unang sandali pagkatapos na ibaba ang pagkarga, nagsisimula itong lumipat pababa sa ilalim ng impluwensya ng grabidad (Larawan 8).

Ang eroplano ay yumuko at isang nababanat na puwersa (reaksyon ng suporta) na nakadirekta paitaas ay lilitaw. Matapos balansehin ng elastic force (Fу) ang puwersa ng gravity, ang pagbaba ng katawan at ang pagpapalihis ng suporta ay titigil.

Ang pagpapalihis ng suporta ay lumitaw sa ilalim ng pagkilos ng katawan, samakatuwid, ang isang tiyak na puwersa (P) ay kumikilos sa suporta mula sa gilid ng katawan, na tinatawag na bigat ng katawan (Larawan 8, b). Ayon sa ikatlong batas ni Newton, ang bigat ng isang katawan ay katumbas ng magnitude sa ground reaction force at nakadirekta sa tapat na direksyon.

P = - Fу = Mabigat.

Timbang ng katawan ay tinatawag na puwersa P kung saan kumikilos ang isang katawan sa isang pahalang na suporta na hindi gumagalaw na may kaugnayan dito.

Dahil ang puwersa ng gravity (timbang) ay inilapat sa suporta, ito ay deformed at, dahil sa pagkalastiko nito, counteracts ang puwersa ng gravity. Ang mga puwersa na binuo sa kasong ito mula sa gilid ng suporta ay tinatawag na mga puwersa ng reaksyon ng suporta, at ang mismong kababalaghan ng pagbuo ng kontraaksyon ay tinatawag na reaksyon ng suporta. Ayon sa ikatlong batas ni Newton, ang puwersa ng reaksyon ng suporta ay katumbas ng magnitude sa puwersa ng grabidad ng katawan at kabaligtaran ng direksyon.

Kung ang isang tao sa isang suporta ay gumagalaw kasama ang pagbilis ng mga bahagi ng kanyang katawan na nakadirekta mula sa suporta, kung gayon ang puwersa ng reaksyon ng suporta ay tataas ng halagang ma, kung saan ang m ay ang masa ng tao, at ang acceleration kung saan ang gumagalaw ang mga bahagi ng kanyang katawan. Ang mga dynamic na epekto na ito ay maaaring maitala gamit ang mga strain gauge device (dynamograms).

Ang timbang ay hindi dapat ipagkamali sa timbang ng katawan. Ang masa ng isang katawan ay nagpapakilala sa mga hindi gumagalaw na katangian nito at hindi nakadepende sa puwersa ng grabidad o sa acceleration kung saan ito gumagalaw.

Ang bigat ng isang katawan ay nagpapakilala sa puwersa kung saan ito kumikilos sa suporta at nakasalalay sa parehong puwersa ng gravity at ang acceleration ng paggalaw.

Halimbawa, sa Buwan ang bigat ng isang katawan ay humigit-kumulang 6 na beses na mas mababa kaysa sa bigat ng isang katawan sa Earth. Ang masa sa parehong mga kaso ay pareho at tinutukoy ng dami ng bagay sa katawan.

Sa pang-araw-araw na buhay, teknolohiya, at palakasan, ang timbang ay madalas na ipinahiwatig hindi sa newtons (N), ngunit sa mga kilo ng puwersa (kgf). Ang paglipat mula sa isang yunit patungo sa isa pa ay isinasagawa ayon sa pormula: 1 kgf = 9.8 N.

Kapag ang suporta at ang katawan ay hindi gumagalaw, kung gayon ang masa ng katawan ay katumbas ng gravity ng katawan na ito. Kapag ang suporta at ang katawan ay gumagalaw nang may kaunting acceleration, kung gayon, depende sa direksyon nito, ang katawan ay maaaring makaranas ng alinman sa kawalan ng timbang o labis na karga. Kapag ang acceleration ay nag-tutugma sa direksyon at katumbas ng acceleration ng gravity, ang bigat ng katawan ay magiging zero, samakatuwid ang isang estado ng kawalan ng timbang (ISS, high-speed elevator kapag bumababa). Kapag ang acceleration ng support movement ay kabaligtaran sa acceleration ng free fall, ang tao ay nakakaranas ng overload (ang paglulunsad ng isang manned spacecraft mula sa ibabaw ng Earth, isang high-speed elevator na tumataas pataas).