Сила тяжести

Масконы

a b

Рис. 2. Видимая (a) и обратная (b) стороны Луны. 1-море Дождей, 2-море Ясности, 3-море Кризисов.

Начну с цитаты: «В 1968 году, за год до высадки человека на Луну, американские ученые П.Мюллер и У.Сьегрен исследовали лучевые ускорения ИСЛ Лунар Орбитер-5. Они обнаружили на морях, где обязаны быть отрицательные гравитационные аномалии, в действительности имеются крупные положительные аномалии, которые нельзя объяснить ничем, кроме как концентрацией тяжелых масс. Такие структуры они назвали масконами (mass concentrations). На высоте полета спутника (100 км) гравитационные аномалии достигали 200 мГал и более. В частности, над морем Дождей (1) гравитационная аномалия равна 250 мГал, над морем Ясности (2) – 220 мГал, над морем Кризисов (3) – 130 мГал. . В то же время над Апеннинскими хребтами наблюдается отрицательная гравитационная аномалия -100–120 мГал . Протяженность Апеннин более 600 км вдоль юго-восточного берега Моря Дождей, ровные хребты с редкими пересечениями ущелий и долин. Это протяженные и высокие горы, обрамляя берег 15-30 километровыми склонами. Некоторые вершины достигают высоты до 5400 метров, что дает им право называться самыми высокими горами на видимой стороне Луны.

Закон всемирного тяготения на Луне показывает удивительную противоречивость: там, где находятся горные вершины и должны быть большие массы, там гравитационное притяжение слабее, там, где находятся низменности, залитые лавой моря, там притяжение сильнее. Приведу пример из книги М.У. Сагитова, он пишет: «Необычайное образование, – Море Восточное, – отличается от подобных ему масконов на видимой стороне. В центральной части оно имеет положительную аномалию, окруженную кольцом отрицательных аномалий. Своеобразие Моря Восточного могло быть объяснено тем, что это образование находится в высокогорной области вдали от морских образований, а может быть, причиной является и то, что в этой части Луны более тонкая кора». (Конец цитаты) .

Далее автор акцентирует внимание на масконах «интересных образованиях на Луне», которые «представляют собой поверхностные образования типа материальных дисков. Будучи изостатически нескомпенсированными, избыточные массы порядка 800 кг/см2 создают напряжение в верхних слоях лунной коры»

Дается ссылка на источник (я ее тоже даю) . Здесь я вижу сомнения автора, который написав данное число, понимает его несуразность, поэтому отсылает читателя куда подальше, по-сути переводит стрелки и умывает руки. Переведем для наглядности, «избыточные массы» масконов в систему СИ и получим 8000000 кг/м2, или 8000 т/м2. Что это за космическое давление (напряжение) на верхний слой коры? Такие давления на Земле-то невозможно получить без специальных прессов, а тут на Луне притяжение в 6 раз меньше чем на Земле, откуда могут возникнуть такие массы, чтобы опустить или поднять орбиту ИСЛ.

Что творит наука, чтобы хоть как-то объяснить лунные гравитационные аномалии в рамках закона всемирного тяготения. Мало того, ранее предполагалось, что эти масконы залегают на глубинах порядка 50 км в виде компактных масс, а сейчас их фактически подняли на поверхность Луны.

Когда намечал план данной статьи, я не планировал долго останавливаться на масконах, т.к. для меня аномальные гравитационные пятна в локальных геологических полях Луны были понятны сразу. По мере изучения материала на данную тему выяснилось, что для ученого мира масконы, как масоны для несведущих людей.

В 2012 году NASA целенаправленно потратила полмиллиарда долларов на изучение и расшифровку этих масконов. 1 января 2012 года на орбиту Луны были выведены два спутника «Ebb» и «Flow» (Прилив и Отлив) под кодовым названием GRAIL (The Gravity Recovery and Interior Laboratory) (Чаша Грааля) (рис. 3) . Спутники двигались вокруг Луны по орбитам на расстоянии от 175 до 225 км друг от друга. Расстояние между спутниками измерялось с высокой точностью. По изменениям расстояния и выявлялись особенности гравитационного поля Луны и ее внутреннее строение.

Целью этой космической миссии было более детально просканировать лунную кору на предмет обнаружения и дальнейшей расшифровки этих масконов.

Спутники GRAIL проработали до декабря 2012 года, после выработки топлива упали на лунную поверхность в районе кратера Гольдшмидт. Полученные данные миссии продолжают обрабатываться и по сей день .

Рис. 3. GRAIL

Значение в природе

Сила тяжести играет важную роль в процессах эволюции звёзд. Для звёзд, находящихся на этапе главной последовательности своей эволюции, сила тяжести является одним из важных факторов, обеспечивающих условия, необходимые для термоядерного синтеза. На заключительных этапах эволюции звёзд, в процессе их коллапса, благодаря силе тяжести, не скомпенсированной силами внутреннего давления, звёзды превращаются в нейтронные звёзды или чёрные дыры.

Сила тяжести очень важна для формирования структуры внутреннего строения Земли и других планет и тектонической эволюции её поверхности. Чем больше сила тяжести, тем большая масса метеоритного материала выпадает на единицу её поверхности. За время существования Земли её масса существенно увеличилась благодаря силе тяжести: ежегодно на Землю оседает 30-40 млн. тонн метеоритного вещества, в основном в виде пыли, что значительно превышает рассеяние лёгких компонентов верхней атмосферы Земли в космосе.

Без потенциальной энергии силы тяжести, непрерывно переходящей в кинетическую, круговорот вещества и энергии на Земле был бы невозможен.

Сила тяжести играет очень важную роль для жизни на Земле. Только благодаря ей у Земли есть атмосфера. Вследствие силы тяжести, действующей на воздух, существует атмосферное давление.

У всех живых организмов с нервной системой есть рецепторы, определяющие величину и направление силы тяжести и служащие для ориентировки в пространстве. У позвоночных организмов, в том числе человека, величину и направление силы тяжести определяет вестибулярный аппарат.

Наличие силы тяжести привело к возникновению у всех многоклеточных наземных организмов прочных скелетов, необходимых для её преодоления. У водных живых организмов силу тяжести уравновешивает гидростатическая сила.

Роль силы тяжести в процессах жизнедеятельности организмов изучает гравитационная биология.

Движение тел под действием силы тяжести

В том случае, когда модуль перемещения тела много меньше расстояния до центра Земли, то можно считать силу тяжести постоянной, а движение тела равноускоренным. Если начальная скорость тела отлична от нуля и её вектор направлен не по вертикали, то под действием силы тяжести тело движется по параболической траектории.

При бросании тела с некоторой высоты параллельно поверхности Земли дальность полёта увеличивается с ростом начальной скорости. При больших значениях начальной скорости для вычисления траектории тела необходимо учитывать шарообразную форму Земли и изменение направления силы тяжести в разных точках траектории.

При некотором значении скорости, называемом первой космической скоростью, тело, брошенное по касательной к поверхности Земли, под действием силы тяжести при отсутствии сопротивления со стороны атмосферы может двигаться вокруг Земли по окружности, не падая на Землю. При скорости, превышающую вторую космическую скорость, тело уходит от поверхности Земли в бесконечность по гиперболической траектории. При скоростях, промежуточных между первой и второй космическими, тело движется вокруг Земли по эллиптической траектории.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Сила тяготения между двумя телами уменьшится в 2 раза, если массу каждого тела

1) увеличить в √2 раз 2) уменьшить в √2 раз 3) увеличить в 2 раза 4) уменьшить в 2 раза

2. Массу каждого из двух однородных шаров увеличили в 4 раза. Расстояние между ними тоже увеличили в 4 раза. Сила тяготения между ними

1) увеличилась в 64 раза 2) увеличилась в 16 раз 3) увеличилась в 4 раза 4) не изменилась

3. В вершинах прямоугольника расположены тела одинаковой массы. Со стороны какого тела на тело 1 действует наибольшая сила?

1) со стороны тела 2 2) со стороны тела 3 3) со стороны тела 4 4) со стороны всех тел одинаковая

4. Закон всемирного тяготения справедлив

A. Для всех тел Б. Для однородных шаров B. Для материальных точек

Правильный ответ

1) А 2) только Б 3) только В 4) и А, и Б

5. На ящик массой 5 кг, лежащий на полу лифта, движущегося с ускорением ​\( a \)​ вертикально вниз, действует сила тяжести

1) равная 50 Н 2) большая 50 Н 3) меньшая 50 Н 4) равная 5 Н

6. Сравните значения силы тяжести ​\( F_э \)​, действующей на груз на экваторе, с силой тяжести \( F_м \), действующей на этот же груз на широте Москвы, если груз находится на одной и той же высоте относительно поверхности Земли.

1) ​\( F_э=F_м \)​ 2) \( F_э>F_м \)​ 3) \( F_э​ 4) ответ может быть любым в зависимости от массы тел

7. Сила тяжести, действующая на космонавта на поверхности Луны,

1) больше силы тяжести, действующей на него на поверхности Земли 2) меньше силы тяжести, действующей на него на поверхности Земли 3) равна силе тяжести, действующей на него на поверхности Земли 4) больше силы тяжести, действующей на него на поверхности Земли на экваторе, и меньше силы тяжести, действующей на него, на поверхности Земли на полюсе

8. Сила тяжести, действующая на тело, зависит от

А. Географической широты местности Б. Скорости падения тела на поверхность Земли

Правильный ответ

1) только А 2) только Б 3) ни А, ни Б 4) и А, и Б

9. Какое(-ие) из утверждений верно(-ы)?

Сила тяжести, действующая на тело у поверхности некоторой планеты, зависит от

А. Массы планеты. Б. Массы тела.

1) только А 2) только Б 3) ни А, ни Б 4) и А, и Б

10. Первая космическая скорость зависит

A. От радиуса планеты Б. От массы планеты B. От массы спутника

Правильный ответ

1) только А 2) только Б 3) только А и Б 4) А, Б, В

11. Установите соответствие между физической величиной (левый столбец) и формулой, выражающей её взаимосвязь с другими величинами (правый столбец). В ответе запишите подряд номера выбранных ответов

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A. Сила тяжести Б. Ускорение свободного падения на поверхности Земли B. Закон всемирного тяготения

ФОРМУЛА 1) ​\( F=G\frac{m_1m_2}{r^2} \)​ 2) ​\( F_т=mg \)​ 3) ​\( g=G\frac{M_З}{(R_З+h)^2} \)​ 4) ​\( g=G\frac{M_З}{R^2} \)​

12. Среди приведённых утверждений выберите два правильных и запишите их номера в таблицу

1) Гравитационная постоянная показывает, с какой силой притягиваются друг к другу два тела массой 1 кг. 2) Значение силы тяжести, действующей на тело, зависит от скорости его движения. 3) Ускорение свободного падения зависит от массы и радиуса планеты. 4) При увеличении расстояния между телами в 3 раза сила тяготения между ними уменьшается в 9 раз. 5) Изменение массы одного из взаимодействующих тел не влияет на значение силы тяготения.

Часть 2

13. Человек на Земле притягивается к ней с силой 700 Н. С какой силой он притягивался бы к Марсу, находясь на его поверхности, если радиус Марса в 2 раза меньше радиуса Земли, а масса в 10 раз меньше, чем масса Земли?

Ускорение свободного падения

Основная статья: Ускорение свободного падения

В неинерциальных системах отсчёта ускорение свободного падения численно равно силе тяжести, воздействующей на объект единичной массы.

Ускорение свободного падения на поверхности Земли g (обычно произносится как «Же») варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах. Стандартное («нормальное») значение, принятое при построении систем единиц, составляет g = 9,80665 м/с². Стандартное значение (англ.)русск. g было определено как «среднее» в каком-то смысле на всей Земле, оно примерно равно ускорению свободного падения на широте 45,5° на уровне моря. В приблизительных расчётах его обычно принимают равным 9,81; 9,8 или 10 м/с².

В СМИ и научно-популярной литературе g нередко используется как внесистемная единица силы тяжести, применяемая, например, для оценки величины перегрузок при тренировках лётчиков и космонавтов, а также силы тяготения на других небесных телах (см. раздел Сравнение силы тяготения на Земле с другими небесными телами).

Получение значения g из закона всемирного тяготения

Согласно закону всемирного тяготения, сила земной гравитации, действующая на тело, определяется формулой

F=Gm1m2r2=(Gm1r2)m2{\displaystyle F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}=\left(G{\frac {m_{1}}{r^{2}}}\right)m_{2}},

где r — расстояние между центром Земли и телом (см. ниже), m₁ — масса Земли и m₂ — масса тела.

Кроме того, согласно второму закону Ньютона, F = ma, где m — масса и a — ускорение,

F=m2g{\displaystyle F=m_{2}g}

Из сопоставления двух формул видно, что

g=Gm1r2{\displaystyle g=G{\frac {m_{1}}{r^{2}}}}

Таким образом, чтобы найти получить значение ускорения силы тяжести g на уровне моря, необходимо в формулу подставить значения гравитационной постоянной G, массы Земли (в килограммах) m₁ и радиуса Земли (в метрах) r :

g=Gm1r2=(6.67384×10−11)5.9722×1024(6.371×106)2=9.8196m⋅s−2{\displaystyle g=G{\frac {m_{1}}{r^{2}}}=(6.67384\times 10^{-11}){\frac {5.9722\times 10^{24}}{(6.371\times 10^{6})^{2}}}=9.8196{\mbox{m}}\cdot {\mbox{s}}^{-2}}

Следует отметить, что эта формула правомерна для сферического тела при допущении, что вся его масса сосредоточена в его центре. Это позволяет нам использовать величину радиуса Земли для r.

Существуют значительные неопределенности значений r и m₁, а также значения гравитационной постоянной G, которую трудно точно измерить.

Если G,g и r известны, то решение обратной задачи позволит получить величину массы Земли.

Проект «Свободное падение. Невесомость в лифте»

Во
время пребывания на космической станции
космонавтам приходится сталкиваться
с многочисленными неординарными
ситуациями. Вероятно, одно из главных
отличий жизни там наверху и здесь внизу
– это ощущение «невесомости». Ничего
не остаётся на месте, даже вы! Нет
гарантии, что вода потечёт вниз, и если
вы не пристегнёте себя к кровати, можете
проснуться в кладовой.

Многие
люди считают, что космонавты пребывают
в невесомости, потому что там нет
гравитации. Но как оказалось, космическая
станция подвержена воздействию
гравитации. Иначе как бы она оставалась
на орбите? Фактически, гравитация
Земли воздействует на космическую
станцию на 10% меньше, чем на поверхности.
Что же на самом деле происходит?

Когда
что-то находится на орбите, говорят, что
этот объект в состоянии свободного
падения – он падает через пространство,
без какого-либо противодействия. Но он
падает в том же темпе, в котором поверхность
Земли удаляется от него по кривой. Если
объект падает вертикально на 30 метров,
он также движется на таком же расстоянии
от поверхности Земли по горизонтали.
Обычно спутники падают, не ударяясь о
землю.

В
этом эксперименте вы сможете убедиться,
как свободное падение,
а также некоторые виды вертикального
движения, изучаемые в физике,
влияют на кажущийся вес объекта.

Ход эксперимента:

1. Для начала изучите падение воды.
2. Сделайте пару отверстий в дне чашки, наполните её водой. Понаблюдайте за тем, что происходит.
3. Теперь бросьте чашку в ведро. Каким образом изменился поток воды из чашки в воздухе?
4. Теперь можно исследовать, что происходит с весом в лифте.
5. Поместите предмет с небольшой массой на весы, определите его вес.
6. Держите весы возле пола, а затем быстро (но плавно) поднимите. Что происходит с весом?
7. Держите весы высоко в воздухе, а затем быстро (но плавно) опустите вниз. Что происходит с весом? Есть ли разница между этими двумя случаями?
8. Поднимитесь и спуститесь на несколько этажей в лифте. Возьмите с собой весы и предмет с небольшой массой.

Вывод:

В
первой части опыта сразу
после того, как вы налили воду в чашку,
она начинает вытекать через отверстия
на дне. Однако после того, как вы бросили
чашку вниз, вода перестала вытекать во
время падения.

Во
второй части опыта вес заметно
увеличивается, когда вы поднимаете весы
вверх, и уменьшается, когда вы их
опускаете. То же самое происходит в
процессе проведения эксперимента в
лифте. Почему? Говорят, будто в 1589 году
Галилей бросил два мяча разной массы с
Пизанской башни и заметил, что они упали
на землю одновременно. Когда астронавт
Дэвид Скот шагнул на поверхность Луны
в 1971 году, он воспроизвёл эксперимент
Галилея в практически полном вакууме
атмосферы Луны, используя перо и молот.
И действительно, оба предмета упали на
поверхность одновременно!

Возможно,
это звучит весьма парадоксально. Вы
можете подумать, что гравитация больше
влияет на молот и заставляет его упасть
быстрее. Действительно, молот сильнее
подвержен гравитационному
ускорению, чем перо. Однако из-за
того, что молот обладает более высокой
массой, для любой силы (включая гравитацию)
его сложнее сдвинуть с места. Постарайтесь
толкнуть магазинную тележку и автомобиль,
прилагая одинаковые усилия, и посмотрите,
что будет поддаваться легче. Сопротивление
движению отменяет более высокую
гравитационную силу.

Когда
вы бросаете чашку, вода и чашка падают
с одинаковой скоростью. Вода вытекает,
но чашка её подхватывает! Удивительно,
но вода моментально задерживается
внутри протекающей чашки.

То
же самое происходит с космонавтами на
борту космического корабля. Они кажутся
невесомыми не по причине отсутствия
гравитации, а потому что, как уже
упоминалось ранее, они всё время пребывают
в состоянии падения. То же самое происходит
и со всем, что находится на борту:
инструментами, продуктами питания,
одеждой. Космонавты на космической
станции подобны воде в чашке. Они падают
вместе со станцией и могут находиться
в состоянии невесомости.

Второй
эксперимент идёт следом. Вес – это
просто сила, воздействующая на ваше
тело, благодаря гравитации. Когда вы
поднимаете весы вверх, сила ваших рук
должна преодолеть гравитационную силу.
В этом случае вес кажется больше

Вес в
процессе движения называется кажущимся
весом, поскольку во внимание принимаются
и другие силы гравитации. Когда вы
опускаете весы вниз, сила ваших рук
уменьшает силу гравитации и кажущийся
вес снижается

Что
произойдёт с весом, если вы поднимете
весы, а затем бросите их? Как это
перекликается с первым экспериментом?

Эксперимент
в лифте не отличается, только в данном
случае моторы лифта делают работу за
вас. Как вы думаете, что бы произошло,
если бы кабель лифта порвался?

Почему на Марсе по другому

Тяготение Марса относительно Земли выражается в пропорциональной зависимости следующих характеристик:

• массы;
• расстояния до центра планеты;
• размера;
• плотности.

Земля, имеющая превосходство по всем показателям, оказывает большую силу притяжения, которая ослабляется лишь по мере удаления планет друг от друга. Эти же параметры определяют и воздействие на предметы, находящиеся на поверхности каждой из них.

Несмотря на отдельные совпадения и частичное сходство, проявляющиеся в наличии полярных шапок, примерно одинаковом наклоне оси вращения, климатических изменениях, различия между планетами гораздо существенней.

Сила тяжести Марса относительно Земли. Credit: Theguestion

Что такое сила тяжести?

Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает к себе тело. Эта сила всегда направлена вертикально вниз. Запомни: чем больше масса тела, тем больше сила тяжести, действующая на это тело. Именно поэтому нам трудно поднять или сдвинуть с места очень тяжелые предметы. И чем тяжелее предмет, тем больше сила тяжести и тем сложнее нам преодолеть эту силу. Сила тяжести, действующая на тело, несколько отдаленное от поверхности Земли, зависит от массы тела и расстояния.

«Космические» факты

Каждый космонавт переживает так называемую космическую болезнь: при отсутствии силы тяготения он привыкает к тому, что все окружающие предметы, да и он сам, летают, а не падают. Поэтому по возвращении на Землю космонавты в течение некоторого времени обращаются с вещами так, как привыкли это делать в космосе: просто отпускают их, при этом совершенно не задумываясь над тем, что они сразу упадут на землю или на пол.

В условиях невесомости в организме космонавта увеличивается объем циркулирующей крови, что, в свою очередь, может привести к повышению давления. Однако сердце космонавта очень интересно приспосабливается к данной ситуации: во избежание дополнительной нагрузки оно уменьшается в объеме и, соответственно, начинает перекачивать меньшее количество крови. Это своеобразная защитная реакция на увеличение объема крови.

Ученые выяснили, что в случае длительного пребывания в невесомости (состояние, при котором вес тела равен нулю) в организме человека происходят некоторые изменения. Например, рост космонавтов увеличивается почти на 5 см за счет расхождения позвоночных дисков. В течение 10 дней после возвращения на Землю рост становится прежним.

Гравитационная постоянная

В формулу силы всемирного тяготения входит коэффициент пропорциональности $G$. Что это за константа, и каков ее физический смысл ?

Если выразить этот коэффициент через остальные величины, то получим выражение:

$$G=F{R^2\over m_1m_2}$$

Из этой формулы следует, что для единичных масс и единичного расстояния $G=F$. То есть, гравитационная постоянная – это сила гравитации, которая действует между двумя телами единичной массы, находящимися на единичном расстоянии. В этом ее физический смысл.

Из приведенной формулы можно также вывести размерность гравитационной постоянной. А вот определение ее значения требует достаточно тонкого эксперимента. Обуславливается это слабостью гравитационных сил, достаточно заметными они становятся только для очень больших масс, прямые измерения которых невозможны. Если же массы будут малыми, и сила получается настолько малой, что для ее измерения потребовался специальный прибор – крутильные весы. Эксперимент с крутильными весами был поставлен лишь в конце XVIIIв Г. Кавендишем.

Рис. 3. Эксперимент Кавендиша измерение гравитации.

Значение, полученное им, было равно:

$$G=6.67×10^{-11}{Н×м^2\over{кг^2}}$$

Каким прибором измеряется сила тяжести?

Он так и называется — гравиметр, то есть измеряющий гравитацию. Самым первым гравиметром принято считать маятник Галилея. В честь фамилии этого ученого названа единица измерения, с которой работает гравиметр — Гал. Величина в 1 Гал соответствует 0,01 м/с2. Заметим, что ответом на вопрос, в чем измеряется сила тяжести является ньютон, гравиметр же измеряет не ньютоны, а ускорение, которое сила тяжести придает телам.

Гравиметр применяется широко в геологии при анализе строения земных недр и поиске полезных ископаемых (залежи руд вызывают локальные колебания величины g).

Все гравиметры делятся на два класса:

• Абсолютные — измеряют непосредственно гравитационное поле, то есть g. До середины прошлого века использовали с этой целью маятники, сейчас применяют приборы, в которых напрямую изучается время падения тела в вакууме.
• Относительные. Они измеряют колебания гравитационного поля в разных точках земли. Чтобы с помощью такого гравиметра определить значение g в данной местности, необходимо знать его точное значение для этого прибора в некоторой другой местности. Часто используются пружинные гравиметры. В начале 2000-х годов был сконструирован суперпроводящий относительный гравиметр. Его принцип работы основан на изменении положения взвешенной в магнитном поле суперпроводящей диамагнитной сферы из ниобия, охлаждаемой жидким гелием. Чувствительность этого гравиметра настолько велика (≈ 1 нГал), что он фиксирует изменения гравитации, вызванные изменением толщины снежного покрова на поверхности Земли буквально в несколько сантиметров.

Об этой статье

Соавтор(ы):
Штатный редактор wikiHow

В создании этой статьи участвовала наша опытная команда редакторов и исследователей, которые проверили ее на точность и полноту. wikiHow тщательно следит за работой редакторов, чтобы гарантировать соответствие каждой статьи нашим высоким стандартам качества. Количество просмотров этой статьи: 13 576.

Категории: Физика

English:Calculate Force of Gravity

Español:calcular la fuerza de gravedad

Italiano:Calcolare la Forza di Gravità

Português:Calcular a Força da Gravidade

Français:calculer la force de gravitation

Bahasa Indonesia:Menghitung Gaya Gravitasi

Nederlands:Zwaartekracht berekenen

ไทย:คำนวณแรงโน้มถ่วง

Печать

Движение тел под действием силы тяжести

В том случае, когда модуль перемещения тела много меньше расстояния до центра Земли, то можно считать силу тяжести постоянной, а движение тела равноускоренным. Если начальная скорость тела отлична от нуля и её вектор направлен не по вертикали, то под действием силы тяжести тело движется по параболической траектории.

При бросании тела с некоторой высоты параллельно поверхности Земли дальность полёта увеличивается с ростом начальной скорости. При больших значениях начальной скорости для вычисления траектории тела необходимо учитывать шарообразную форму Земли и изменение направления силы тяжести в разных точках траектории.

При некотором значении скорости, называемом первой космической скоростью, тело, брошенное по касательной к поверхности Земли, под действием силы тяжести при отсутствии сопротивления со стороны атмосферы может двигаться вокруг Земли по окружности, не падая на Землю. При скорости, превышающую вторую космическую скорость, тело уходит от поверхности Земли в бесконечность по гиперболической траектории. При скоростях, промежуточных между первой и второй космическими, тело движется вокруг Земли по эллиптической траектории.

Кризис гравитационной постоянной

Все попытки экспериментаторов по уменьшению погрешности измерений гравитационной постоянной Земли до сего времени сводились к нулю. Как было отмечено ранее, со времен Кавендиша точность измерения этой постоянной практически не увеличилась. За два с лишним столетия точность измерения не сдвинулась с места. Такую ситуацию можно назвать по аналогии с «ультрафиолетовой катастрофой» как «катастрофа гравитационной постоянной». Из ультрафиолетовой катастрофы выбрались с помощью квантов, а как выйти из катастрофы с гравитационной постоянной?

Из крутильных весов Кавендиша уже ничего не выжмешь, поэтому выход можно найти, воспользовавшись усредненным значением ускорения свободного падения и вычислить G из известной формулы:

(9)

Где, g – ускорение свободного падения (g=9,78 м/с2 – на экваторе; g=9,832 м/с2 – на полюсах).

R – радиус Земли, м,

M – масса Земли, кг.

Стандартное значение ускорения свободного падения, принятое при построении систем единиц, равно: g=9,80665 . Отсюда усредненное значение G будет равно:

 (10)

В соответствии с полученным G, уточним температуру из пропорции:

6,68·10-11~х=1~4,392365689353438·1012

х=293,41 К.

Данная температура соответствует по шкале Цельсия 20,4o.

Такой компромисс, я думаю, вполне мог бы удовлетворить две стороны: экспериментальную физику и комитет (КОДАТА), чтобы периодически не пересматривать и не изменять значение гравитационной постоянной для Земли.

Можно «законодательно» утвердить нынешнее значение гравитационной постоянной для Земли G=6,67408·10-11 Нм2/кг2, но скорректировать стандартное значение g=9,80665, несколько уменьшив его значение.

Кроме того, если использовать среднюю температуру Земли, равную 14o С, то гравитационная постоянная будет равна G=6,53748·10-11.

Итак, у нас имеются три значения, претендующих на пьедестал гравитационной постоянной G для планеты Земля: 1) 6,67408·10-11 м³/(кг·с²); 2) 6,68·10-11 м³/(кг·с²); 3) 6,53748·10-11 м³/(кг·с²).

Комитету КОДАТА остается вынести окончательный вердикт, какую из них утвердить как гравитационную постоянную Земли.

Для других небесных тел гравитационная постоянная (энергетический коэффициент) имеет другое значение и рассчитывается математически по формулам (2) и (3), статья: .

Мне могут возразить, если гравитационная постоянная зависит от температуры взаимодействующих тел, то силы притяжения днем и ночью, зимой и летом должны отличаться. Да, именно так и должно быть, с малыми телами. Но Земля огромный, быстро вращающийся шар, имеет громадный запас энергии. Отсюда, интегральное количество крафонов зимой и летом, днем и ночью, вылетающих из Земли, одинаково. Поэтому, ускорение свободного падения на одной широте остается всегда постоянным.

Если переместиться на Луну, где разность температур дневного и ночного полушарий сильно разнятся, то гравиметры должны зафиксировать разницу силы притяжения.

Назад  Вперед

Магнитное поле планеты

Одним из непреодолимых пока препятствий становится отсутствие на Марсе планетарной магнитосферы. Остаточные явления магнетизма присутствуют и колеблются, по данным российских исследовательских станций, от 60 гамм на экваторе до 120 — на полюсах, но это более чем в 500 раз меньше напряженности земного аналога.

Вращение земного ядра создает в расплавленной магме конвекционные токи, которые генерируют магнитную напряженность (по принципу динамо-машины). На красной планете этот механизм не работает, что сначала привело к исчезновению почти всей марсианской атмосферы, а сейчас проявляется в постоянном уровне радиации в 220 рад в день на поверхности.

Это на 10% больше нормы, допустимой для космонавтов на МКС, и для возможных колонистов грозит необратимыми последствиями:

• повышенным риском онкологических заболеваний;
• изменениями на генетическом уровне;
• мутациями в последующих поколениях;
• острой лучевой болезнью и смертью.

Тем не менее существуют явные признаки, что когда-то магнитное поле Марса существовало и функционировало, но процесс этот прекратился в силу неизвестных обстоятельств около 3,2 млрд лет назад.

Значение в природе

Сила тяжести играет важную роль в процессах эволюции звёзд. Для звёзд, находящихся на этапе главной последовательности своей эволюции, сила тяжести является одним из важных факторов, обеспечивающих условия, необходимые для термоядерного синтеза. На заключительных этапах эволюции звёзд, в процессе их коллапса, благодаря силе тяжести, не скомпенсированной силами внутреннего давления, звёзды превращаются в нейтронные звёзды или чёрные дыры.

Сила тяжести очень важна для формирования структуры внутреннего строения Земли и других планет и тектонической эволюции её поверхности. Чем больше сила тяжести, тем большая масса метеоритного материала выпадает на единицу её поверхности. За время существования Земли её масса существенно увеличилась благодаря силе тяжести: ежегодно на Землю оседает 30-40 млн. тонн метеоритного вещества, в основном в виде пыли, что значительно превышает рассеяние лёгких компонентов верхней атмосферы Земли в космосе.

Без потенциальной энергии силы тяжести, непрерывно переходящей в кинетическую, круговорот вещества и энергии на Земле был бы невозможен.

Сила тяжести играет очень важную роль для жизни на Земле. Только благодаря ей у Земли есть атмосфера. Вследствие силы тяжести, действующей на воздух, существует атмосферное давление.

У всех живых организмов с нервной системой есть рецепторы, определяющие величину и направление силы тяжести и служащие для ориентировки в пространстве. У позвоночных организмов, в том числе человека, величину и направление силы тяжести определяет вестибулярный аппарат.

Наличие силы тяжести привело к возникновению у всех многоклеточных наземных организмов прочных скелетов, необходимых для её преодоления. У водных живых организмов силу тяжести уравновешивает гидростатическая сила.

Роль силы тяжести в процессах жизнедеятельности организмов изучает гравитационная биология.

Проект «Гравитация и баланс»

Сила
гравитации – это склонность объектов
двигаться по направлению к другим (более
крупным) объектам. Земля – очень крупный
объект, по сравнению со всеми остальными
известными нам предметами, поэтому всё
падает по направлению к ней. Если объект
поддерживать, то есть с обеих сторон
воздействовать на него с одинаковой
силой, он находится в равновесии.

Этот проект изучает взаимосвязь между гравитацией и равновесием. Цели проекта:

1. Провести эксперимент, связанный с равновесием.
2. Найти способы использования равновесия.

Что нам понадобится:

• компьютер с доступом в интернет;
• цветной принтер;
• цифровая камера;
• обычные инструменты для офиса или поделок (бумага, ручки, картон, клей и т.д.);
• металлические гвозди длиной 10 см (около 12 штук);
• сырые яйца.

Все
материалы можно найти дома или в магазине.

Ход эксперимента:

1. Прочтите статьи по этой теме.
2. Найдите ответы на все вопросы исследования, приведённые выше.
3. Найдите и распечатайте интересные фотографии, где изображается физическое равновесие. На фотографиях могут быть гимнасты, конькобежцы, скульптуры, конструкции из металла и всё, что покажется подходящим.
4. Также делайте фотографии во время проведения эксперимента.
5. Примените равновесие на примере с гвоздями, как описано ниже.
6. Проведите эксперимент, понаблюдайте за равновесием сырых яиц. Говорят, что это можно сделать только в первый день весны. Правда это или вымысел?
7. Разработайте свой собственный уникальный эксперимент на равновесие (по желанию). Например, проведите опыт с полоской картона, изучая воздействие на нее сил гравитации и равновесия.
8. Изложите результаты своих исследований в детальном отчёте.
9. Включите интересные фотографии и модели в экспозицию своей научной выставки.
10. Проведите соревнование по равновесию сырых яиц для посетителей вашей выставки.

Вывод:

Что
такое гравитация? Что даёт нам
ощущение физического равновесия? Какие
технические изобретения полагаются на
равновесие? Почему на велосипеде легче
балансировать в движении, а не в
неподвижном состоянии?