1500 - 1600-talen kallas med rätta av många som en av världens mest härliga perioder. Det var vid denna tid som grunden till stor del lades, utan vilken vidareutveckling denna vetenskap skulle helt enkelt vara otänkbar. Copernicus, Galileo, Kepler gjorde ett bra jobb med att etablera fysiken som en vetenskap som kan svara på nästan alla frågor. Utmärkande för en hel rad upptäckter är lagen om universell gravitation, vars slutliga formulering tillhör den framstående engelske vetenskapsmannen Isaac Newton.

Den huvudsakliga betydelsen av denna vetenskapsmans arbete låg inte i hans upptäckt av den universella gravitationskraften - både Galileo och Kepler talade om närvaron av denna kvantitet redan före Newton, utan i det faktum att han var den första som bevisade att samma krafter verkar. både på jorden och i yttre rymden samma krafter av interaktion mellan kroppar.

Newton bekräftade i praktiken och underbyggde teoretiskt det faktum att absolut alla kroppar i universum, inklusive de som finns på jorden, interagerar med varandra. Denna interaktion kallas gravitation, medan processen med universell gravitation i sig kallas gravitation.
Denna interaktion uppstår mellan kroppar eftersom det finns en speciell, annorlunda typ av materia, som inom vetenskapen kallas ett gravitationsfält. Detta fält existerar och verkar runt absolut alla föremål, och det finns inget skydd mot det, eftersom det har den unika förmågan att penetrera alla material.

Den universella gravitationskraften, vars definition och formulering gavs, är direkt beroende av produkten av massorna av interagerande kroppar, och omvänt beroende av kvadraten på avståndet mellan dessa objekt. Enligt Newtons åsikt, obestridligt bekräftad av praktisk forskning, hittas den universella gravitationskraften enligt följande formel:

I den är gravitationskonstanten G av särskild betydelse, som är ungefär lika med 6,67*10-11(N*m2)/kg2.

Den universella gravitationskraften med vilken kroppar attraheras till jorden är specialfall Newtons lag kallas gravitation. I det här fallet kan gravitationskonstanten och själva jordens massa försummas, så formeln för att hitta tyngdkraften kommer att se ut så här:

Här är g inget annat än acceleration numeriskt värde vilket är ungefär lika med 9,8 m/s2.

Newtons lag förklarar inte bara de processer som sker direkt på jorden, den svarar på många frågor relaterade till hela solsystemets struktur. I synnerhet har den universella gravitationskraften ett avgörande inflytande på planeternas rörelse i deras banor. En teoretisk beskrivning av denna rörelse gavs av Kepler, men dess motivering blev möjlig först efter att Newton formulerat sin berömda lag.

Newton själv kopplade fenomenen jordisk och utomjordisk gravitation till enkelt exempel: När den avfyras flyger den inte rakt utan längs en bågformad bana. Dessutom, med en ökning av laddningen av krut och massan av kärnan, kommer den senare att flyga längre och längre. Slutligen, om vi antar att det är möjligt att få så mycket krut och konstruera en sådan kanon så att kanonkulan flyger runt jordklotet, då kommer den, efter att ha gjort denna rörelse, inte att stanna utan fortsätta sin cirkulära (ellipsoidala) rörelse, förvandlas till en artificiell sådan. Som en konsekvens är kraften hos den universella gravitationen densamma i naturen både på jorden och i yttre rymden.

På 7:e årskurs fysik studerade du fenomenet universell gravitation. Det ligger i det faktum att det finns gravitationskrafter mellan alla kroppar i universum.

Newton kom till slutsatsen om existensen av universella gravitationskrafter (de kallas också gravitationskrafter) som ett resultat av att studera månens rörelse runt jorden och planeterna runt solen.

Newtons förtjänst ligger inte bara i hans briljanta gissning om kroppars ömsesidiga attraktion, utan också i det faktum att han kunde hitta lagen för deras interaktion, det vill säga en formel för att beräkna gravitationskraften mellan två kroppar.

Den universella gravitationens lag säger:

• två kroppar attraherar varandra med en kraft som är direkt proportionell mot massan av var och en av dem och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem

där F är storleken på vektorn för gravitationsattraktion mellan kroppar med massor m 1 och m 2, g är avståndet mellan kropparna (deras centra); G är koefficienten, som kallas gravitationskonstant.

Om m 1 = m 2 = 1 kg och g = 1 m, så är, som framgår av formeln, gravitationskonstanten G numeriskt lika med kraften F. Med andra ord är gravitationskonstanten numeriskt lika med kraften F för attraktion av två kroppar som väger 1 kg vardera, placerade på ett avstånd 1 m från varandra. Mätningar visar det

G = 6,67 10 -11 Nm 2 /kg 2.

Formeln ger ett korrekt resultat vid beräkning av den universella gravitationskraften i tre fall: 1) om kropparnas storlekar är försumbara jämfört med avståndet mellan dem (fig. 32, a); 2) om båda kropparna är homogena och har en sfärisk form (fig. 32, b); 3) om en av de samverkande kropparna är en boll, vars dimensioner och massa är betydligt större än den för den andra kroppen (av vilken form som helst) placerad på ytan av denna boll eller nära den (Fig. 32, c).

Ris. 32. Villkor som definierar gränserna för tillämpligheten av lagen om universell gravitation

Det tredje av fallen som övervägs är grunden för att med hjälp av den givna formeln beräkna attraktionskraften till jorden för någon av de kroppar som finns på den. I det här fallet bör jordens radie tas som avståndet mellan kroppar, eftersom storlekarna på alla kroppar som ligger på dess yta eller nära den är försumbara jämfört med jordens radie.

Enligt Newtons tredje lag, lockar ett äpple som hänger på en gren eller faller från den med accelerationen av fritt fall jorden till sig själv med samma absoluta kraft som jorden attraherar den. Men jordens acceleration, orsakad av kraften i dess attraktion till äpplet, är nära noll, eftersom jordens massa är ojämförligt större än äpplets massa.

Frågor

1. Vad kallades universell gravitation?
2. Vad är ett annat namn för den universella gravitationens krafter?
3. Vem upptäckte lagen om universell gravitation och i vilket århundrade?
4. Formulera lagen om universell gravitation. Skriv ner en formel som uttrycker denna lag.
5. I vilka fall ska lagen om universell gravitation tillämpas för att beräkna gravitationskrafter?
6. Attraheras jorden av ett äpple som hänger på en gren?

Övning 15

1. Ge exempel på manifestationen av gravitation.
2. Rymdstationen flyger från jorden till månen. Hur förändras modulen för vektorn för dess attraktionskraft till jorden i detta fall; till månen? Attraheras stationen till jorden och månen med lika stora eller olika magnitudkrafter när den är mitt emellan dem? Om krafterna är olika, vilken är störst och hur många gånger? Motivera alla svar. (Det är känt att jordens massa är ungefär 81 gånger månens massa.)
3. Det är känt att solens massa är 330 000 gånger större än jordens massa. Är det sant att solen attraherar jorden 330 000 gånger starkare än jorden attraherar solen? Förklara ditt svar.
4. Bollen som kastades av pojken rörde sig uppåt ett tag. Samtidigt minskade dess hastighet hela tiden tills den blev lika med noll. Sedan började bollen falla ner med ökande fart. Förklara: a) om tyngdkraften mot jorden verkade på bollen under dess uppåtgående rörelse; ner; b) vad som orsakade minskningen av bollens hastighet när den rörde sig uppåt; öka hastigheten när du rör dig nedåt; c) varför, när bollen rörde sig uppåt, minskade dess hastighet, och när den rörde sig nedåt, ökade den.
5. Attraheras en person som står på jorden till månen? Om så är fallet, vad är det mer attraherad av - månen eller jorden? Attraheras månen av denna person? Motivera dina svar.

I. Newton kunde från Keplers lagar härleda en av de grundläggande naturlagarna - lagen om universell gravitation. Newton visste att för alla planeter i solsystemet är accelerationen omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet från planeten till solen och proportionalitetskoefficienten är densamma för alla planeter.

Härifrån följer först och främst att attraktionskraften som verkar från solen på en planet måste vara proportionell mot denna planets massa. Faktum är att om planetens acceleration ges av formeln (123.5), då kraften som orsakar accelerationen

var är massan på denna planet. Å andra sidan kände Newton till accelerationen som jorden ger månen; det bestämdes från observationer av månens rörelse när den kretsar runt jorden. Denna acceleration är ungefär en gång mindre än den acceleration som jorden tillför kroppar nära jordens yta. Avståndet från jorden till månen är ungefär lika med jordens radier. Med andra ord, månen är flera gånger längre bort från jordens centrum än kroppar som ligger på jordens yta, och dess acceleration är flera gånger mindre.

Om vi ​​accepterar att månen rör sig under påverkan av jordens gravitation, så följer det att jordens gravitationskraft, liksom solens gravitationskraft, minskar i omvänd proportion till kvadraten på avståndet från jordens centrum . Slutligen är jordens tyngdkraft direkt proportionell mot massan av den attraherade kroppen. Newton fastställde detta faktum i experiment med pendlar. Han upptäckte att svängningsperioden för en pendel inte beror på dess massa. Detta innebär att jorden ger samma acceleration till pendlar med olika massor, och följaktligen är jordens tyngdkraft proportionell mot massan av den kropp som den verkar på. Detsamma följer naturligtvis av samma tyngdacceleration för kroppar olika massor, men experiment med pendlar gör det möjligt att verifiera detta faktum med större noggrannhet.

Dessa liknande egenskaper hos solens och jordens gravitationskrafter ledde Newton till slutsatsen att naturen hos dessa krafter är densamma och att det finns krafter av universell gravitation som verkar mellan alla kroppar och minskar i omvänd proportion till kvadraten på avståndet mellan kropparna. I detta fall måste gravitationskraften som verkar på en given massakropp vara proportionell mot massan.

Baserat på dessa fakta och överväganden formulerade Newton lagen om universell gravitation på detta sätt: två kroppar attraheras till varandra med en kraft som är riktad längs linjen som förbinder dem, direkt proportionell mot båda kropparnas massor och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem, dvs ömsesidig gravitationskraft

var och är massorna av kroppar, är avståndet mellan dem och är proportionalitetskoefficienten, kallad gravitationskonstanten (metoden för att mäta den kommer att beskrivas nedan). Genom att kombinera denna formel med formeln (123.4) ser vi att , där är solens massa. Den universella gravitationens krafter uppfyller Newtons tredje lag. Detta bekräftades av alla astronomiska observationer av himlakroppars rörelse.

I denna formulering är lagen om universell gravitation tillämplig på kroppar som kan betraktas som materiella punkter, d.v.s. på kroppar vars avstånd är mycket stort jämfört med deras storlekar, annars skulle det vara nödvändigt att ta hänsyn till att olika punkter på kroppar är separerade från varandra på olika avstånd. För homogena sfäriska kroppar är formeln giltig för alla avstånd mellan kropparna, om vi tar avståndet mellan deras centra som värdet. Särskilt i fallet med attraktion av en kropp av jorden, måste avståndet räknas från jordens centrum. Detta förklarar det faktum att tyngdkraften nästan inte minskar när höjden över jorden ökar (§ 54): eftersom jordens radie är ungefär 6400, då när kroppens position ovanför jordens yta ändras inom tiotals av kilometer förblir jordens tyngdkraft praktiskt taget oförändrad.

Gravitationskonstanten kan bestämmas genom att mäta alla andra storheter som ingår i lagen om universell gravitation för något specifikt fall.

Det var för första gången möjligt att bestämma värdet på gravitationskonstanten med hjälp av torsionsbalanser, vars struktur visas schematiskt i fig. 202. På en lång och tunn tråd hängs en lätt vippa, i vars ändar två likadana massakulor är fästa. Vipparmen är utrustad med en spegel, som gör att du optiskt kan mäta små rotationer av vipparmen runt vertikal axel. Två bollar med betydligt större massa kan närma sig från olika sidor till bollarna.

Ris. 202. Schema för torsionsbalanser för mätning av gravitationskonstanten

Attraktionskrafterna från små bollar till stora skapar ett par krafter som roterar vippan medurs (sett från ovan). Genom att mäta vinkeln med vilken vipparmen roterar när den närmar sig kulornas kulor och känna till de elastiska egenskaperna hos tråden på vilken vipparmen är upphängd, är det möjligt att bestämma momentet för kraftparet med vilka massorna attraheras av massorna. Eftersom kulornas massor och avståndet mellan deras centra (vid en given position av vipparen) är kända, kan värdet hittas från formel (124.1). Det visade sig vara lika

Efter att värdet bestämts visade det sig vara möjligt att bestämma jordens massa utifrån lagen om universell gravitation. I enlighet med denna lag attraheras en massa som ligger på jordens yta till jorden med en kraft

var är jordens massa och är dess radie. Å andra sidan vet vi det. Att likställa dessa kvantiteter finner vi

.

Således, även om krafterna av universell gravitation som verkar mellan kroppar med olika massor är lika, får en kropp med liten massa betydande acceleration och en kropp med stor massa upplever låg acceleration.

Eftersom den totala massan av alla planeter i solsystemet är något mer än solens massa, är den acceleration som solen upplever som ett resultat av gravitationskrafternas inverkan på den från planeterna försumbar jämfört med de accelerationer som den solens gravitationskraft överför till planeterna. Gravitationskrafterna som verkar mellan planeterna är också relativt små. Därför, när vi betraktade lagarna för planetrörelse (Keplers lagar), tog vi inte hänsyn till själva solens rörelse och antog ungefär att planeternas banor var elliptiska banor, i en av de härdar där solen var belägen . Men i noggranna beräkningar är det nödvändigt att ta hänsyn till de "störningar" som gravitationskrafter från andra planeter introducerar i själva solens eller någon planets rörelse.

124.1. Hur mycket kommer tyngdkraften som verkar på en raketprojektil att minska när den stiger 600 km över jordens yta? Jordens radie antas vara 6400 km.

124.2. Månens massa är 81 gånger mindre än jordens massa, och månens radie är ungefär 3,7 gånger mindre än jordens radie. Hitta vikten av en person på månen om hans vikt på jorden är 600N.

124.3. Månens massa är 81 gånger mindre än jordens massa. Hitta på linjen som förbinder jordens och månens centra punkten där jordens och månens gravitationskrafter som verkar på en kropp placerad vid denna punkt är lika med varandra.

Inte bara den mest mystiska av naturens krafter, men också den mest kraftfulla.

Man på framstegsvägen

Historiskt visade det sig det Mänsklig när det går framåt sätt att utvecklas bemästrade naturens allt starkare krafter. Han började när han inte hade något annat än en pinne i näven och sin egen fysiska styrka.

Men han var vis, och han tog djurens fysiska styrka i sin tjänst och gjorde dem tama. Hästen skyndade på sin löpning, kamelen gjorde öknen framkomlig, elefanten gjorde den sumpiga djungeln. Men fysisk styrkaäven de starkaste djuren är omåttligt svaga inför naturens krafter.

Människan var den första att underkuva elementet eld, men bara i dess mest försvagade versioner. Till en början - under många århundraden - använde han bara ved som bränsle - en mycket lågenergityp av bränsle. Något senare lärde han sig att använda denna energikälla för att använda vindens energi, mannen höjde seglets vita vinge i luften – och det lätta skeppet flög som en fågel över vågorna.

Segelbåt på vågorna

Han utsatte bladen för vindbyarna väderkvarn- och kvarnstenarnas tunga stenar började snurra, och spannmålskvarnarnas stötar började skramla. Men det är uppenbart för alla att luftstrålarnas energi är långt ifrån koncentrerad. Dessutom var både seglet och väderkvarnen rädda för vindens slag: stormen slet seglen och sänkte skeppen, stormen bröt vingarna och välte kvarnarna.

Ännu senare började människan erövra strömmande vatten. Hjulet är inte bara den mest primitiva enheten som kan omvandla energin från vatten till roterande rörelse, utan också den minst kraftfulla i jämförelse med olika typer.

Människan gick ständigt framåt längs framstegsstegen och behövde mer och mer energi.
Han började använda nya typer av bränsle - redan övergången till att bränna kol ökade energiintensiteten för ett kilo bränsle från 2500 kcal till 7000 kcal - nästan tre gånger. Då var det dags för olja och gas. Energiinnehållet i varje kilo fossilt bränsle har återigen ökat med en och en halv till två gånger.

Ångmaskiner ersatte ångturbiner; kvarnhjul ersattes av hydrauliska turbiner. Därefter sträckte mannen ut sin hand till den klyvande uranatomen. Men den första användningen av en ny typ av energi fick tragiska konsekvenser - kärnvapenbranden i Hiroshima 1945 brände 70 tusen människohjärtan inom några minuter.

1954 kom världens första sovjetiska kärnkraftverk online, vilket förvandlade kraften hos uran till den strålande kraften från elektrisk ström. Och det bör noteras att ett kilo uran innehåller två miljoner gånger mer energi än ett kilo av den bästa oljan.

Detta var en i grunden ny eld, som kunde kallas fysisk, eftersom det var fysiker som studerade de processer som ledde till födelsen av sådana fantastiska mängder energi.
Uran är inte det enda kärnbränslet. En mer kraftfull typ av bränsle används redan - väteisotoper.

Tyvärr har människan ännu inte kunnat underkuva väte-helium-kärnflamman. Han vet hur han tänder sin helt brinnande eld för ett ögonblick och tänder reaktionen vätebomb blixten från en uranexplosion. Men forskare ser en vätereaktor, som kommer att föda, närmare och närmare. elström som ett resultat av fusionen av väteisotopkärnor till heliumkärnor.

Återigen kommer mängden energi som en person kan ta från varje kilo bränsle att öka nästan tio gånger. Men kommer detta steg att bli det sista i den kommande historien om mänsklighetens makt över naturens krafter?

Inga! Framöver är att bemästra gravitationsformen av energi. Det är ännu mer försiktigt förpackat av naturen än ens energin från väte-heliumfusion. Idag är detta den mest koncentrerade energiformen som en person ens kan föreställa sig.

Inget vidare är ännu synligt där, bortom vetenskapens framkant. Och även om vi med säkerhet kan säga att kraftverk kommer att fungera för människor, omvandla gravitationsenergi till elektrisk ström (och kanske till en ström av gas som strömmar ut från munstycket på en jetmotor, eller till den planerade omvandlingen av de allestädes närvarande kisel- och syreatomerna till atomer av ultrasällsynta metaller), kan vi ännu inte säga något om detaljerna i ett sådant kraftverk ( raketmotor, fysisk reaktor).

Den universella gravitationens kraft vid uppkomsten av galaxernas födelse

Den universella gravitationskraften är ursprunget till galaxernas födelse från prestellär materia, som akademikern V.A. Ambartsumyan är övertygad om. Det släcker stjärnor som har bränt ut sin tid, efter att ha använt upp det stjärnbränsle de fick vid födseln.

Se dig omkring: allt här på jorden styrs till stor del av denna kraft.

Det är detta som bestämmer vår planets skiktade struktur - växlingen av litosfär, hydrosfär och atmosfär. Det är hon som håller ett tjockt lager av luftgaser, i botten av vilket och tack vare vilket vi alla finns.

Utan gravitationen skulle jorden omedelbart falla ur sin bana runt solen, och själva jordklotet skulle falla isär, sliten sönder av centrifugalkrafter. Det är svårt att hitta något som inte i en eller annan grad skulle vara beroende av den universella gravitationskraften.

Naturligtvis kunde de gamla filosoferna, mycket observanta människor, inte låta bli att lägga märke till att en sten som kastas uppåt alltid kommer tillbaka. Platon på 300-talet f.Kr. förklarade detta genom att säga att alla ämnen i universum tenderar till där de flesta liknande ämnen är koncentrerade: en kastad sten faller till marken eller går till botten, utspillt vatten sipprar in i närmaste damm eller in i en flod på väg mot havet, röken från elden rusar mot dess släktmoln.

Platons elev, Aristoteles, klargjorde att alla kroppar har speciella egenskaper av tyngd och lätthet. Tunga kroppar - stenar, metaller - rusar till universums centrum, lätta kroppar - eld, rök, ångor - till periferin. Denna hypotes, som förklarar några fenomen förknippade med den universella gravitationskraften, har funnits i mer än 2 tusen år.

Forskare om den universella gravitationens kraft

Förmodligen den första att ta upp frågan om universell gravitationskraft riktigt vetenskapligt fanns det ett geni från renässansen - Leonardo da Vinci. Leonardo förkunnade att gravitationen inte är unik för jorden, att det finns många gravitationscentra. Och han uttryckte också tanken att tyngdkraften beror på avståndet till tyngdpunkten.

Verken av Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke förde närmare och närmare idén om lagen om universell gravitation, men i sin slutliga formulering är denna lag för alltid förknippad med namnet Isaac Newton.

Isaac Newton om den universella gravitationskraften

Född 4 januari 1643. Han tog examen från Cambridge University, blev kandidat och sedan magisterexamen.

Isaac Newton

Allt vidare är oändlig rikedom vetenskapliga arbeten. Men hans huvudverk är "Mathematical Principles of Natural Philosophy", publicerad 1687 och vanligtvis kallad "Principer". Det är i dem som det stora formuleras. Alla minns nog honom från gymnasiet.

Alla kroppar attraherar varandra med en kraft som är direkt proportionell mot produkten av dessa kroppars massor och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem...

Några av bestämmelserna i denna formulering kunde förutse Newtons föregångare, men ingen hade någonsin lyckats uppnå det i sin helhet. Det krävdes Newtons geni för att sätta ihop dessa fragment till en enda helhet för att utvidga jordens gravitation till månen och solen till hela planetsystemet.

Från lagen om universell gravitation härledde Newton alla lagar för planetrörelser som tidigare upptäckts av Kepler. De visade sig helt enkelt vara dess konsekvenser. Dessutom visade Newton att inte bara Keplers lagar, utan även avvikelser från dessa lagar (i världen med tre eller fler kroppar) är en följd av universell gravitation... Detta var en stor vetenskapens triumf.

Det verkade som om den huvudsakliga naturkraften som förflyttar världarna äntligen hade upptäckts och matematiskt beskrivits, en kraft som styr luftmolekyler, äpplen och solen. Steget som Newton tog var gigantiskt, omåttligt stort.

Den första populariseringen av den briljanta vetenskapsmannens verk, den franske författaren François Marie Arouet, världsberömd under pseudonymen Voltaire, sa att Newton plötsligt insåg existensen av lagen uppkallad efter honom när han tittade på ett fallande äpple.

Newton själv nämnde aldrig detta äpple. Och det är knappast värt att slösa tid idag för att motbevisa denna vackra legend. Och uppenbarligen kom Newton att förstå naturens stora kraft genom logiska resonemang. Förmodligen var det detta som ingick i motsvarande kapitel i "Begynnande".

Den universella gravitationens kraft påverkar kärnans flykt

Låt oss anta det mycket högt berg, så högt att dess topp redan är borta från atmosfären, installerade vi en gigantisk artilleripjäs. Dess pipa placerades strikt parallellt med jordklotet och avfyrades. Efter att ha beskrivit bågen, kärnan faller till jorden.

Vi ökar laddningen, förbättrar kvaliteten på krutet och tvingar på ett eller annat sätt kanonkulan att röra sig i högre hastighet efter nästa skott. Bågen som beskrivs av kärnan blir plattare. Kärnan faller mycket längre från foten av vårt berg.

Vi ökar också laddningen och skjuter. Kärnan flyger längs en så platt bana att den går ned parallellt med jordklotet. Kärnan kan inte längre falla till jorden: med samma hastighet som den minskar, flyr jorden under den. Och efter att ha beskrivit en ring runt vår planet, återgår kärnan till utgångspunkten.

Pistolen kan tas bort under tiden. När allt kommer omkring kommer kärnans flykt runt jordklotet att ta över en timme. Och då kommer kärnan snabbt att flyga över toppen av berget och ge sig av på en ny flygning runt jorden. Om kärnan, som vi kommit överens om, inte upplever något luftmotstånd kommer den aldrig att kunna falla.

För detta bör kärnhastigheten vara nära 8 km/sek. Vad händer om vi ökar hastigheten på kärnans flygning? Den kommer först att flyga i en båge, plattare än krökningen på jordens yta, och börja röra sig bort från jorden. Samtidigt kommer dess hastighet att minska under påverkan av jordens gravitation.

Och slutligen, när den vänder sig om, kommer den att börja falla tillbaka till jorden, men kommer att flyga förbi den och sluta inte en cirkel, utan en ellips. Kärnan kommer att röra sig runt jorden på exakt samma sätt som jorden rör sig runt solen, nämligen längs en ellips, vid en av de härdar som vår planets centrum kommer att vara belägen.

Om du ökar kärnans initiala hastighet ytterligare kommer ellipsen att bli mer sträckt. Det är möjligt att sträcka ut denna ellips så att kärnan når månbanan eller till och med mycket längre. Men tills den här kärnans initiala hastighet överstiger 11,2 km/sek kommer den att förbli en jordens satellit.

Kärnan, som fick en hastighet på över 11,2 km/sek när den avfyrades, kommer för alltid att flyga bort från jorden längs en parabolisk bana. Om en ellips är en sluten kurva, så är en parabel en kurva som har två grenar som går till oändligheten. När vi rör oss längs en ellips, oavsett hur långsträckt den kan vara, kommer vi oundvikligen systematiskt att återgå till utgångspunkten. När vi rör oss längs en parabel kommer vi aldrig tillbaka till utgångspunkten.

Men efter att ha lämnat jorden med denna hastighet kommer kärnan ännu inte att kunna flyga till oändligheten. Solens kraftfulla gravitation kommer att böja banan för dess flygning och stänga den runt sig själv som en planets bana. Kärnan kommer att bli jordens syster, en oberoende liten planet i vår familj av planeter.

För att rikta kärnan bortom planetsystemet, för att övervinna solens gravitation, är det nödvändigt att ge den en hastighet på över 16,7 km/sek och rikta den så att hastigheten läggs till denna hastighet egen rörelse Jorden.

En hastighet på cirka 8 km/sek (denna hastighet beror på höjden på berget från vilket våra kanoner skjuter) kallas cirkulär hastighet, hastigheter från 8 till 11,2 km/sek är elliptiska, från 11,2 till 16,7 km/sek är paraboliska, och över detta nummer - i befriande hastigheter.

Det bör tilläggas här att de givna värdena för dessa hastigheter endast gäller för jorden. Om vi ​​bodde på Mars skulle den cirkulära hastigheten vara mycket lättare att uppnå för oss - den är bara cirka 3,6 km/sek, och parabolhastigheten är bara något högre än 5 km/sek.

Men att skicka ut kärnan i rymden från Jupiter skulle vara mycket svårare än från jorden: cirkelhastigheten på denna planet är 42,2 km/sek, och parabolhastigheten är till och med 61,8 km/sek!

Det skulle vara svårast för invånarna i solen att lämna sin värld (om en sådan kunde finnas). Cirkelhastigheten för denna jätte bör vara 437,6 och utbrytningshastigheten - 618,8 km/sek!

Alltså Newton i slutet av 1600-talet, hundra år innan den första flygningen fylldes varm luft varmluftsballong Bröderna Montgolfier, tvåhundra år före de första flygningarna med bröderna Wrights flygplan och nästan ett kvarts årtusende innan de första flytande raketerna startade, visade vägen till himlen för satelliter och rymdfarkoster.

Den universella gravitationens kraft är inneboende i varje sfär

Genom att använda lagen om universell gravitation okända planeter upptäcktes, kosmogoniska hypoteser om solsystemets ursprung skapades. Naturens huvudkraft, som styr stjärnorna, planeterna, äpplena i trädgården och gasmolekylerna i atmosfären, har upptäckts och beskrivits matematiskt.

Men vi känner inte till mekanismen för universell gravitation. Newtonsk gravitation förklarar inte, men representerar tydligt det moderna tillståndet av planetrörelse.

Vi vet inte vad som orsakar samverkan mellan alla kroppar i universum. Och det kan inte sägas att Newton inte var intresserad av detta skäl. I många år funderade han över dess möjliga mekanism.

Förresten, detta är verkligen en extremt mystisk kraft. En kraft som manifesterar sig genom hundratals miljoner kilometer av rymden, utan vid första anblicken av materiella formationer med vars hjälp överföringen av interaktion kan förklaras.

Newtons hypoteser

OCH Newton tillgripit hypotes om existensen av en viss eter som förment fyller hela universum. År 1675 förklarade han attraktionen till jorden med det faktum att etern, som fyller hela universum, rusar i kontinuerliga strömmar till jordens mitt, fångar alla objekt i denna rörelse och skapar tyngdkraften. Samma eterflöde rusar mot solen och bär planeter och kometer med sig, säkerställer deras elliptiska banor...

Detta var inte en särskilt övertygande hypotes, även om den var absolut matematiskt logisk. Men sedan, 1679, skapade Newton en ny hypotes som förklarade gravitationsmekanismen. Den här gången ger han etern egenskapen att ha olika koncentrationer nära planeterna och långt ifrån dem. Ju längre bort från planetens centrum, desto tätare är etern. Och det har egenskapen att pressa ut alla materiella kroppar från sina tätare lager till mindre täta. Och alla kroppar pressas ut på jordens yta.

År 1706 förnekade Newton skarpt själva existensen av etern. År 1717 återvände han åter till hypotesen om extrudering av eter.

Newtons briljanta hjärna kämpade med lösningen stor hemlighet och hittade henne inte. Detta förklarar sådana skarpa kast från sida till sida. Newton tyckte om att säga:

Jag gör inga hypoteser.

Och även om, så fort vi kunnat verifiera, detta inte är helt sant, kan något annat med säkerhet konstateras: Newton visste hur man tydligt kunde skilja mellan obestridliga saker och instabila och kontroversiella hypoteser. Och i "Principer" finns en formel för den stora lagen, men det finns inga försök att förklara dess mekanism.
Den store fysikern testamenterade denna gåta till framtidens man. Han dog 1727.
Det har inte lösts än i dag.

Diskussionen om den fysiska essensen av Newtons lag tog två århundraden. Och kanske skulle denna diskussion inte röra själva kärnan i lagen om den besvarade exakt alla frågor som ställdes till den.

Men faktum är att det med tiden visade sig att denna lag inte är universell. Att det finns fall då han inte kan förklara det eller det fenomenet. Låt oss ge exempel.

Den universella gravitationens kraft i Seeligers beräkningar

Den första av dem är Seeliger-paradoxen. Med tanke på att universum var oändligt och enhetligt fyllt med materia, försökte Seeliger, enligt Newtons lag, beräkna den universella gravitationskraften som skapas av hela det oändligt stora massan av det oändliga universum någon gång.

Detta var ingen lätt uppgift ur den rena matematikens synvinkel. Efter att ha övervunnit alla svårigheter med de mest komplexa transformationerna, fastställde Seeliger att den önskade kraften för universell gravitation är proportionell mot universums radie. Och eftersom denna radie är lika med oändlighet, måste gravitationskraften vara oändligt stor. Men i praktiken observerar vi inte detta. Det betyder att lagen om universell gravitation inte gäller för hela universum.

Andra förklaringar till paradoxen är dock möjliga. Till exempel kan vi anta att materia inte jämnt fyller hela universum, men dess densitet minskar gradvis och slutligen någonstans väldigt långt borta finns det ingen materia alls. Men att föreställa sig en sådan bild innebär att erkänna möjligheten av existensen av rymden utan materia, vilket i allmänhet är absurt.

Vi kan anta att den universella gravitationens kraft försvagas snabbare än kvadraten på avståndet ökar. Men detta ifrågasätter den fantastiska harmonin i Newtons lag. Nej, och denna förklaring tillfredsställde inte forskarna. Paradoxen förblev en paradox.

Observationer av Merkurius rörelse

Ett annat faktum, verkningarna av den universella gravitationskraften, som inte förklaras av Newtons lag, förde med sig observationer av Merkurius rörelse- närmast planeten. Noggranna beräkningar med hjälp av Newtons lag visade att perhelion - den punkt på ellipsen längs vilken Merkurius rör sig närmast solen - bör förskjutas med 531 bågsekunder per 100 år.

Och astronomer har bestämt att denna förskjutning är lika med 573 bågsekunder. Detta överskott - 42 bågsekunder - kunde inte heller förklaras av forskare, med endast formler som härrör från Newtons lag.

Förklarade Seeliger-paradoxen, förändringen av Merkurius perihelion och många andra paradoxala fenomen och oförklarliga fakta Albert Einstein, en av de största, om inte den största fysiker genom tiderna. Bland de irriterande småsakerna var frågan om eterisk vind.

Albert Michelsons experiment

Det verkade som om denna fråga inte direkt rörde gravitationsproblemet. Han förhöll sig till optik, till ljus. Mer exakt, för att bestämma dess hastighet.

Ljusets hastighet bestämdes först av en dansk astronom Olaf Römer, observerar förmörkelsen av Jupiters satelliter. Detta hände redan 1675.

Amerikansk fysiker Albert Michelson i slutet av 1700-talet genomförde han en serie bestämningar av ljusets hastighet under markförhållanden, med hjälp av den apparat han konstruerade.

1927 gav han ljusets hastighet ett värde på 299796 + 4 km/sek - detta var utmärkt noggrannhet för den tiden. Men poängen är en annan. 1880 bestämde han sig för att utforska den eteriska vinden. Han ville äntligen fastställa existensen av just den etern, vars närvaro de försökte förklara både överföringen av gravitationsinteraktion och överföringen av ljusvågor.

Michelson var förmodligen den mest anmärkningsvärda experimentalisten på sin tid. Han hade utmärkt utrustning. Och han var nästan säker på framgång.

Kärnan i erfarenhet

Uppleva var tänkt på detta sätt. Jorden rör sig i sin omloppsbana med en hastighet av cirka 30 km/sek. Rör sig genom etern. Det betyder att ljusets hastighet från en källa som står framför mottagaren i förhållande till jordens rörelse måste vara högre än från en källa som står på andra sidan. I det första fallet måste den eteriska vindens hastighet adderas till ljusets hastighet i det andra fallet, ljusets hastighet måste minska med denna mängd.

Naturligtvis är hastigheten på jordens bana runt solen bara en tiotusendel av ljusets hastighet. Det är mycket svårt att upptäcka en så liten term, men det är inte för inte som Michelson kallades för noggrannhetens kung. Han använde en smart metod för att fånga den "subtila" skillnaden i ljusstrålarnas hastighet.

Han delade strålen i två lika stora strömmar och riktade dem i ömsesidigt vinkelräta riktningar: längs meridianen och längs parallellen. Efter att ha reflekterats från speglarna kom strålarna tillbaka. Om en stråle som rör sig längs en parallell påverkas av den eteriska vinden, när den lades till en meridional stråle, skulle interferensfransar uppstå och vågorna för de två strålarna skulle vara ur fas.

Det var dock svårt för Michelson att mäta de båda strålarnas banor med så stor noggrannhet att de var helt identiska. Så han byggde apparaten så att det inte fanns några interferensfransar och roterade den sedan 90 grader.

Meridionalstrålen blev latitudinell och vice versa. Om det finns en eterisk vind bör svarta och ljusa ränder synas under okularet! Men de var inte där. Kanske flyttade forskaren på apparaten när han vände den.

Han satte upp den vid middagstid och säkrade den. När allt kommer omkring, förutom att den också roterar runt en axel. Och därför in olika tider dag intar latitudstrålen en annan position i förhållande till den kommande etervinden. Nu, när enheten är strikt orörlig, kan man vara övertygad om exaktheten i experimentet.

Det fanns inga störningskanter igen. Experimentet genomfördes många gånger och Michelson, och med honom alla dåtidens fysiker, blev förvånade. Ingen eterisk vind upptäcktes! Ljuset rörde sig åt alla håll med samma hastighet!

Ingen har kunnat förklara detta. Michelson upprepade experimentet gång på gång, förbättrade utrustningen och uppnådde slutligen en nästan otrolig mätnoggrannhet, en storleksordning större än vad som var nödvändigt för att experimentet skulle lyckas. Och återigen ingenting!

Albert Einsteins experiment

Nästa stora steg in kunskap om den universella gravitationens kraft gjorde Albert Einstein.
Albert Einstein fick en gång frågan:

Hur kom du fram till din speciella relativitetsteori? Under vilka omständigheter slog den briljanta idén dig? Forskaren svarade: "Jag har alltid föreställt mig att så var fallet."

Kanske ville han inte vara uppriktig, kanske ville han bli av med sin irriterande samtalspartner. Men det är svårt att föreställa sig att idén om sambanden mellan tid, rum och hastighet som upptäcktes av Einstein var medfödd.

Nej, förstås, först slog en gissning igenom, ljus som en blixt. Sedan började dess utveckling. Nej, det finns inga motsägelser med kända fenomen. Och så dök de fem sidorna, fyllda med formler, upp som publicerades i en fysiktidskrift. Sidor öppnade ny era i fysik.

Föreställ dig ett rymdskepp som flyger i rymden. Låt oss varna dig omedelbart: rymdskeppet är väldigt unikt, samma som du pratar om fantasiberättelser har inte läst den. Dess längd är 300 tusen kilometer, och dess hastighet är, låt oss säga, 240 tusen km/sek. Och detta rymdskepp flyger förbi en av de mellanliggande plattformarna i rymden, utan att stanna vid den. I full fart.

En av passagerarna står på rymdskeppets däck med en klocka. Och du och jag, läsare, står på en plattform - dess längd måste motsvara rymdskeppets storlek, det vill säga 300 tusen kilometer, för annars kommer det inte att kunna landa på det. Och vi har också en klocka i händerna.

Vi märker: i det ögonblicket, när nosen på rymdskeppet nådde den bakre kanten av vår plattform, blinkade en lykta på den, som upplyste utrymmet som omgav den. En sekund senare nådde ljusstrålen framkanten av vår plattform. Vi tvivlar inte på detta, eftersom vi känner till ljusets hastighet, och vi lyckades noggrant detektera motsvarande ögonblick på klockan. Och på rymdskeppet...

Men ett rymdskepp flög också mot ljusstrålen. Och vi såg absolut att ljuset lyste upp aktern i det ögonblick då det var någonstans nära mitten av plattformen. Vi såg definitivt att ljusstrålen inte färdades 300 tusen kilometer från fören till aktern på fartyget.

Men passagerarna på rymdskeppets däck är säkra på något annat. De är övertygade om att deras stråle täckte hela sträckan från fören till aktern på 300 tusen kilometer. Han ägnade trots allt en hel sekund åt det här. De upptäckte detta också helt exakt på sin klocka. Och hur kunde det vara annorlunda: trots allt beror ljusets hastighet inte på källans hastighet...

Hur så? Vi ser en sak från en stationär plattform, men de ser något annat på däcket på ett rymdskepp? Vad är grejen?

Einsteins relativitetsteori

Det bör genast noteras: Einsteins relativitetsteori vid första anblicken motsäger det absolut vår etablerade förståelse av världens struktur. Vi kan säga att det också strider mot sunt förnuft, eftersom vi är vana att representera det. Detta har hänt mer än en gång i vetenskapens historia.

Men upptäckten av jordens sfäriska form stred mot sunt förnuft. Hur kan människor leva på motsatt sida och inte falla i avgrunden?

För oss är jordens sfäricitet ett otvivelaktigt faktum, och ur synvinkeln sunt förnuft alla andra antaganden är meningslösa och vilda. Men ta ett steg tillbaka från din tid, föreställ dig det första uppträdandet av denna idé, och det blir tydligt hur svårt det skulle vara att acceptera.

Tja, skulle det vara lättare att erkänna att jorden inte är orörlig, utan flyger längs sin bana tiotals gånger snabbare än en kanonkula?

Dessa var alla misslyckanden av sunt förnuft. Det är därför moderna fysiker aldrig hänvisar till det.

Låt oss nu återgå till den speciella relativitetsteorin. Världen kände igen henne första gången 1905 från en artikel undertecknad av få känt namn- Albert Einstein. Och han var bara 26 år vid den tiden.

Einstein gjorde ett mycket enkelt och logiskt antagande från denna paradox: ur en observatörs synvinkel på plattformen har det gått mindre tid i en rörlig vagn än vad som uppmättes av din armbandsur. I vagnen avtog tidens gång jämfört med tiden på den stillastående perrongen.

Helt fantastiska saker strömmade logiskt ur detta antagande. Det visade sig att en person som går till jobbet på en spårvagn, jämfört med en fotgängare som går samma väg, inte bara sparar tid på grund av hastigheten, utan det går också långsammare för honom.

Försök dock inte att bevara den eviga ungdomen på det här sättet: även om du blir vagnschaufför och spenderar en tredjedel av ditt liv på en spårvagn, kommer du om 30 år knappast vinna mer än en miljondels sekund. För att vinsten i tid ska bli märkbar måste du röra dig med en hastighet nära ljusets hastighet.

Det visar sig att en ökning av kropparnas hastighet återspeglas i deras massa. Ju närmare en kropps hastighet är ljusets hastighet, desto större massa. När en kropps hastighet är lika med ljusets hastighet är dess massa lika med oändligheten, dvs den är större än jordens, solens, galaxens, hela vårt universums massa... Detta är massan som kan koncentreras i en enkel kullersten, accelerera den till hastighet
Sveta!

Detta medför en begränsning som inte tillåter någon materiell kropp att utveckla en hastighet som är lika med ljusets hastighet. När allt kommer omkring, när massan växer, blir det svårare och svårare att accelerera den. Och en oändlig massa kan inte flyttas från sin plats med någon kraft.

Naturen har dock gjort ett mycket viktigt undantag från denna lag för en hel klass av partiklar. Till exempel för fotoner. De kan röra sig med ljusets hastighet. Mer exakt kan de inte röra sig i någon annan hastighet. Det är otänkbart att föreställa sig en orörlig foton.

När den är stillastående har den ingen massa. Neutrinos har inte heller någon vilomassa, och de är också dömda till evig okontrollerad flygning genom rymden med högsta möjliga hastighet i vårt universum, utan att köra om ljuset eller falla bakom det.

Är det inte sant att var och en av konsekvenserna av den speciella relativitetsteorin som vi har listat är överraskande och paradoxala! Och var och en motsäger naturligtvis "sunt förnuft"!

Men här är det som är intressant: inte i deras specifika form, utan som en bred filosofisk position, förutspådde alla dessa fantastiska konsekvenser av den dialektiska materialismens grundare. Vad indikerar dessa resultat? Om kopplingarna som sammanbinder energi och massa, massa och hastighet, hastighet och tid, hastighet och längd hos ett rörligt föremål...

Einsteins upptäckt av ömsesidigt beroende, som cement (mer detaljer:), förbindande armering, eller grundstenar, sammanförde saker och fenomen som tidigare hade verkat oberoende av varandra och skapade grunden på vilken, för första gången i vetenskapens historia , verkade det möjligt att bygga en harmonisk byggnad. Denna byggnad är en idé om hur vårt universum fungerar.

Men först, åtminstone några ord om den allmänna relativitetsteorin, också skapad av Albert Einstein.

Albert Einstein

Detta namn – allmän relativitetsteori – stämmer inte riktigt överens med innehållet i teorin som kommer att diskuteras. Det etablerar det ömsesidiga beroendet mellan rum och materia. Tydligen vore det mer korrekt att kalla det rum-tid teori, eller teorin om gravitation.

Men detta namn har blivit så sammanflätat med Einsteins teori att till och med att ta upp frågan om att ersätta det nu verkar oanständigt för många forskare.

Den allmänna relativitetsteorin etablerade det ömsesidiga beroendet mellan materia och tiden och rummet som innehåller den. Det visade sig att rum och tid inte bara inte kan föreställas existerande separat från materia, utan deras egenskaper beror också på materien som fyller dem.

Utgångspunkt för resonemang

Därför kan vi bara ange utgångspunkt och ge några viktiga slutsatser.

I början av rymdfärden förstörde en oväntad katastrof biblioteket, filmsamlingen och andra förråd av sinnet och minnet av människor som flyger genom rymden. Och den inhemska planetens natur glömdes bort under århundradenas förändring. Till och med lagen om universell gravitation glöms bort, eftersom raketen flyger i det intergalaktiska rymden, där den nästan inte känns.

Fartygets motorer fungerar dock utmärkt, och energitillgången i batterierna är praktiskt taget obegränsad. Mest Med tiden rör sig skeppet med tröghet, och dess invånare är vana vid viktlöshet. Men ibland sätter de på motorerna och saktar ner eller påskyndar fartygets rörelse. När jetmunstyckena flammar in i tomrummet med en färglös låga och fartyget rör sig i en accelererad takt känner invånarna att deras kroppar blir tunga, de tvingas gå runt fartyget och inte flyga längs korridorerna.

Och nu är flyget nära att vara klart. Skeppet flyger upp till en av stjärnorna och faller i omloppsbanan för den mest lämpliga planeten. Rymdskeppen går ut, går på marken täckt av frisk grönska, och upplever ständigt samma känsla av tyngd, bekant från den tid då fartyget rörde sig i en accelererad takt.

Men planeten rör sig jämnt. Den kan inte flyga mot dem med en konstant acceleration på 9,8 m/sek2! Och de har det första antagandet att gravitationsfältet (gravitationskraften) och accelerationen ger samma effekt, och kanske har en gemensam natur.

Ingen av våra jordiska samtida var på en så lång flygresa, men många kände fenomenet "tyngd" och "upplysning" av sin kropp. Även en vanlig hiss, när den rör sig i en accelererad takt, skapar denna känsla. När du går ner känner du en plötslig viktminskning när du går upp, tvärtom trycker golvet på dina ben med större kraft än vanligt.

Men en känsla bevisar ingenting. Förnimmelser försöker trots allt övertyga oss om att solen rör sig över himlen runt den orörliga jorden, att alla stjärnor och planeter är på samma avstånd från oss, på himlavalvet, etc.

Forskare har utsatt förnimmelserna för experimentella tester. Newton tänkte också på de två fenomenens märkliga identitet. Han försökte ge dem numeriska egenskaper. Efter att ha mätt gravitation och , var han övertygad om att deras värden alltid var strikt lika med varandra.

Han gjorde pilotanläggningens pendlar av alla möjliga material: silver, bly, glas, salt, trä, vatten, guld, sand, vete. Resultatet blev detsamma.

Likvärdighetsprincipen, som vi talar om, ligger till grund för den allmänna relativitetsteorin, även om den moderna tolkningen av teorin inte längre behöver denna princip. Om vi ​​hoppar över de matematiska slutsatserna som följer av denna princip, låt oss gå direkt till några konsekvenser av den allmänna relativitetsteorin.

Närvaron av stora massor av materia påverkar i hög grad det omgivande utrymmet. Det leder till sådana förändringar i det som kan definieras som heterogenitet i rymden. Dessa inhomogeniteter styr rörelsen för alla massor som befinner sig nära den attraherande kroppen.

Vanligtvis tillgriper de denna analogi. Föreställ dig en duk spänd hårt på en ram parallell med jordens yta. Lägg en tung vikt på den. Detta kommer att bli vår stora attraktionsmassa. Det kommer naturligtvis att böja duken och hamna i någon form av depression. Rulla nu bollen längs denna duk så att en del av dess bana ligger bredvid den attraherande massan. Beroende på hur bollen lanseras finns det tre möjliga alternativ.

1. Bollen kommer att flyga tillräckligt långt från fördjupningen som skapas av dukens avböjning och kommer inte att ändra dess rörelse.
2. Bollen kommer att vidröra fördjupningen, och linjerna för dess rörelse kommer att böjas mot den attraherande massan.
3. Bollen kommer att falla in i detta hål, kommer inte att kunna ta sig ur det och kommer att göra ett eller två varv runt den graviterande massan.

Är det inte sant att det tredje alternativet mycket vackert modellerar fångsten av en stjärna eller planet av en främmande kropp som slarvigt flyger in i deras attraktionsområde?

Och det andra fallet är böjningen av banan för en kropp som flyger med en hastighet som är högre än den möjliga fångsthastigheten! Det första fallet liknar att flyga bortom gravitationsfältets praktiska räckvidd. Ja, just praktiskt, för teoretiskt sett är gravitationsfältet obegränsat.

Naturligtvis är detta en mycket avlägsen analogi, främst för att ingen riktigt kan föreställa sig avböjningen av vår tredimensionellt utrymme. Ingen vet vad den fysiska innebörden av denna avböjning, eller krökning, som de ofta säger, är.

Av den allmänna relativitetsteorin följer att vilken materiell kropp som helst kan röra sig i ett gravitationsfält endast längs krökta linjer. Endast i speciella fall förvandlas kurvan till en rak linje.

En ljusstråle följer också denna regel. Den består trots allt av fotoner som har en viss massa under flygning. Och gravitationsfältet utövar sitt inflytande på det, precis som på en molekyl, en asteroid eller en planet.

En annan viktig slutsats är att gravitationsfältet också förändrar tidens gång. Nära en stor attraktionsmassa, i det starka gravitationsfältet den skapar, bör tiden gå långsammare än långt ifrån den.

Du förstår, den allmänna relativitetsteorin är fylld av paradoxala slutsatser som återigen kan kullkasta våra idéer om "sunt förnuft"!

Gravitationskollaps

Låt oss prata om ett fantastiskt fenomen som har en kosmisk karaktär - gravitationskollaps (katastrofisk kompression). Detta fenomen uppstår i gigantiska ansamlingar av materia, där gravitationskrafter når så enorma magnituder att inga andra krafter som finns i naturen kan motstå dem.

Kom ihåg Newtons berömda formel: ju mindre kvadraten på avståndet mellan graviterande kroppar är, desto större gravitationskraft. Således, ju tätare en materialformation blir, ju mindre dess storlek, desto snabbare ökar tyngdkrafterna, desto mer oundviklig blir deras destruktiva omfamning.

Äta lura, med vars hjälp naturen bekämpar den till synes gränslösa komprimeringen av materia. För att göra detta stoppar den själva tidens gång i verkningssfären för supergigantiska gravitationskrafter, och de bundna massorna av materia verkar vara avstängda från vårt universum, frusna i en märklig slö sömn.

Det första av dessa "svarta hål" i rymden har förmodligen redan upptäckts. Enligt antagandet av sovjetiska forskare O. Kh Guseinov och A. Sh Novruzova är det Delta Gemini - en dubbelstjärna med en osynlig komponent.

Den synliga komponenten har en massa på 1,8 solenergi, och dess osynliga "följeslagare" bör vara fyra gånger mer massiv än den synliga, enligt beräkningar. Men det finns inga spår av det: det är omöjligt att se naturens mest fantastiska skapelse, det "svarta hålet".

Den sovjetiske vetenskapsmannen professor K.P. Stanyukovich, som de säger, "i spetsen av sin penna", genom rent teoretiska konstruktioner, visade att partiklar av "frusen materia" kan vara mycket olika i storlek.

• Dess jätteformationer är möjliga, liknande kvasarer, som kontinuerligt sänder ut lika mycket energi som alla 100 miljarder stjärnor i vår galax sänder ut.
• Mycket mer blygsamma klumpar, lika med endast ett fåtal solmassor, är möjliga. Båda föremålen kan själva uppstå från vanlig, icke-sovande materia.
• Och formationer av en helt annan klass är möjliga, jämförbara i massa med elementarpartiklar.

För att de ska kunna uppstå måste materien som utgör dem först utsättas för ett gigantiskt tryck och drivas in i Schwarzschild-sfärens gränser – en sfär där tiden stannar helt upp för en extern betraktare. Och även om trycket efter detta avlägsnas, kommer partiklarna för vilka tiden har stannat att fortsätta att existera oberoende av vårt universum.

Plankeoner

Plankeoner är en helt speciell klass av partiklar. De har, enligt K. P. Stanyukovich, en extremt intressant egenskap: de bär materia i oförändrad form, som det var för miljoner och miljarder år sedan. Om vi ​​tittade inuti plankeonen skulle vi kunna se materia som den var vid ögonblicket för vårt universums födelse. Enligt teoretiska beräkningar finns det cirka 10 80 plankeoner i universum, ungefär en plankeon i en kub av rymden med en sida på 10 centimeter. Förresten, samtidigt med Stanyukovich och (oberoende av honom), lades hypotesen om plankeoner fram av akademikern M.A. Markov Bara Markov gav dem ett annat namn - maximons.

Man kan försöka förklara de ibland paradoxala omvandlingarna av elementarpartiklar med hjälp av plankeonernas speciella egenskaper. Det är känt att när två partiklar kolliderar bildas aldrig fragment utan andra elementarpartiklar uppstår. Detta är verkligen fantastiskt: i den vanliga världen kommer vi aldrig att få hela koppar eller ens rosetter när vi bryter en vas. Men anta att det i djupet av varje elementarpartikel döljer sig en plankeon, en eller flera, och ibland många plankeoner.

I ögonblicket för kollision av partiklar öppnas plankeonens hårt bundna "påse" något, några partiklar kommer att "falla" in i den, och i gengäld kommer de som vi anser ha uppstått under kollisionen att "poppa ut". Samtidigt kommer plankeon, som en försiktig revisor, att säkerställa alla "bevarandelagar" som accepteras i elementarpartiklarnas värld.
Tja, vad har mekanismen för universell gravitation med det att göra?

"Ansvariga" för gravitationen, enligt K. P. Stanyukovichs hypotes, är små partiklar, de så kallade gravitonerna, som kontinuerligt emitteras av elementarpartiklar. Gravitoner är lika mycket mindre än de senare som en dammfläck som dansar i en solstråle är mindre än jordklotet.

Utsläpp av gravitoner följer ett antal lagar. I synnerhet flyger de lättare in i det området i rymden. Som innehåller färre gravitoner. Det betyder att om det finns två i rymden himlakroppar, kommer båda att avge gravitoner huvudsakligen "utåt", i riktningar motsatta varandra. Detta skapar en impuls som gör att kropparna kommer närmare och attraherar varandra.

Det är inte av en slump som Newtons lag kallas universell. Omfattningen av dess åtgärd är inte begränsad till jorden och till och med solsystem. Den beskriver interaktionen mellan alla kroppar i universum: stjärnor, planeter, satelliter, kometer, meteoriter.

Varför faller äpplen ner?

Samtidigt som den unge vetenskapsmannen Isaac Newton tog sin kandidatexamen utbröt en pestepidemi i England. Cambridge University stängdes och Newton gick till sin mors egendom. De två år han tillbringade där förändrade den tidens vetenskap fullständigt, eftersom Newton gjorde flera grundläggande upptäckter, inklusive härledningen av lagen om universell gravitation.

Som han sa på sin ålderdom, kom idén om existensen av lagen om universell gravitation till honom när han såg mogna äpplen falla från träden. I det ögonblicket var månen synlig på himlen. Och så, när han tittade på månen, som, som han visste, kretsade runt jorden, och på äpplena som föll ner, insåg Newton plötsligt att i båda fallen verkade samma kraft. Denna kraft får jordiska föremål att falla ner, och den håller också jordens satellit i omloppsbana, vilket hindrar den från att rusa ut i rymden.

De säger att historien om äpplet som faller på Newtons huvud är inget annat än en myt. Men det är tillförlitligt känt att vetenskapsmannen älskade att ägna sig åt eftertanke äppelodling hans mor

Det var det största upptäckten, som förklarade med matematisk precision rörelsen av himmelska föremål och många fenomen som inträffade på jorden. Tyngdkraften (attraktion) är en av de mest universella i naturen. Det verkar mellan alla föremål som har massa. Och eftersom det inte finns någon materia utan massa, finns det inga undantag för denna kraft. Om vi ​​kunde se attraktion i form av trådar, så skulle det när som helst i rymden finnas ett oräkneligt antal sådana trådar som förbinder allt med allt. Det är omöjligt att "separera dig" från tyngdkraften skyddande skärmar, vilket skulle vara ett hinder för denna allestädes närvarande kraft.

"Naturen är enkel och lyxar inte av onödiga skäl." Isaac Newton

Oändligt höst

Newton var inte den första som märkte att kroppar faller till jorden. Galileo studerade också gravitationsaccelerationen. Men han trodde att tyngdkraften bara verkar på jorden och på sin höjd sträcker sig till månen. Kepler, som upptäckte lagarna för planetrörelse, var säker på att dessa lagar bara gäller i rymden. Och bara Newtons geni gjorde det möjligt att kombinera det "jordiska" och "himmelska". Newton var den första som bevisade att samma krafter och samma lagar verkar både på jorden och i rymden, och den viktigaste av dem är lagen om universell gravitation.

För att bättre förstå enheten i denna lag kan du genomföra ett tankeexperiment. Låt oss föreställa oss att vi står på kanten av en hög klippa, bredvid en gammal kanon, och tunga kanonkulor i gjutjärn ligger vid våra fötter. Om du helt enkelt trycker kanonkulan från en klippa kommer den att falla vertikalt ner. Om du skjuter en kanonkula från en kanon kommer den också att falla, men först kommer den att flyga fram och beskriva en båge i luften. Här, förutom tyngdkraften, verkar en annan kraft på kärnan, vilket ger den initial acceleration.

Låt oss nu försöka föreställa oss att vår superkraftiga kanon kan avfyra en kanonkula med sådan kraft att den flyger runt jorden och återvänder till sin startpunkt igen. Vad kommer att hända i det här fallet? Kärnan kommer inte att falla, utan kommer att fortsätta att röra sig runt vår planet i en cirkulär bana. Det visar sig att vi har skapat en konstgjord satellit.

Denna bok av Newton är en av de viktigaste i mänsklighetens historia. Dess titel översatt från latin betyder "naturfilosofins matematiska principer."

Faktum är att månens rörelse runt jorden, jorden runt solen eller en konstgjord satellit runt en planet är ett konstant "fall" som orsakas av tyngdkraften och förklaras av lagen om universell gravitation. På grund av det faktum att rörelsehastigheten är mycket hög, faller inte den mindre kroppen på den större, utan tenderar att röra sig i en rak linje. Men de kan inte heller flyga iväg, eftersom de hålls av den allestädes närvarande tyngdkraften - samma som får äpplen att falla ner.

"Han tillät sig inte vila eller andrum... han ansåg att varje timme som inte ägnades åt studier var förlorad... Jag tror att han var ganska ledsen över behovet av att slösa tid på mat och sömn," mindes hans assistent om Newton