De wet van de zwaartekracht. Voorbeelden van de zwaartekracht in het dagelijks leven en in de ruimte

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:37

Bij het studeren van een schoolcursus natuurkunde is een belangrijk onderwerp in de sectie mechanica de wet van universele zwaartekracht. In dit artikel zullen we nader bekijken wat het is en met welke wiskundige formule het wordt beschreven, en ook voorbeelden geven van de zwaartekracht in het dagelijks leven van de mens en op kosmische schaal.

Wie heeft de wet van de zwaartekracht ontdekt

Voordat we voorbeelden geven van de zwaartekracht, laten we kort beschrijven aan wie de ontdekking ervan wordt toegeschreven.

Sinds de oudheid hebben mensen de sterren en planeten waargenomen en wisten ze dat ze langs bepaalde banen bewegen. Bovendien begreep iedereen die geen speciale kennis had, dat het niet uitmaakt hoe ver en hoog hij een steen of ander voorwerp gooide, het viel altijd op de grond. Maar geen van de mensen vermoedde zelfs dat de processen op aarde en hemellichamen worden gecontroleerd door dezelfde natuurwet.

In 1687 publiceerde Sir Isaac Newton een wetenschappelijk werk waarin hij voor het eerst de wiskundige schetsteformulering van de wet van de universele zwaartekracht. Natuurlijk kwam Newton niet zelfstandig tot deze formulering, die hij persoonlijk herkende. Hij gebruikte enkele van de ideeën van zijn tijdgenoten (bijvoorbeeld het bestaan van een omgekeerde evenredigheid met het kwadraat van de afstand van de aantrekkingskracht tussen lichamen), evenals de verzamelde experimentele ervaring op de banen van de planeten (Kepler's drie wetten). Newtons genialiteit bleek uit het feit dat de wetenschapper, na analyse van alle beschikbare ervaring, in staat was deze te formuleren in de vorm van een coherente en praktisch toepasbare theorie.

Gravity formule

De wet van universele zwaartekracht kan in het kort als volgt worden geformuleerd: tussen alle lichamen in het heelal is er een aantrekkingskracht, die omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand tussen hun zwaartepunten en recht evenredig met het product van de massa's van de lichamen zelf. Voor twee lichamen met massa's m₁ en m₂, die zich op een afstand r van elkaar bevinden, zal de bestudeerde wet worden geschreven als:

F=Gm₁m₂/r².

Hier is G de constante van de zwaartekracht.

De aantrekkingskracht kan in alle gevallen met deze formule worden berekend, als de afstanden tussen de lichamen groot genoeg zijn in vergelijking met hun afmetingen. Anders, en ook in omstandigheden van sterke zwaartekracht in de buurt van massieve ruimtevoorwerpen (neutronensterren, zwarte gaten), zou men de relativiteitstheorie moeten gebruiken die door Einstein is ontwikkeld. De laatste beschouwt zwaartekracht als het resultaat van een vervorming van de ruimte-tijd. In de klassieke wet van Newtonzwaartekracht is het resultaat van de interactie van lichamen met een of ander energieveld, zoals elektrische of magnetische velden.

De manifestatie van zwaartekracht: voorbeelden uit het dagelijks leven

Ten eerste kunnen we als zulke voorbeelden alle vallende lichamen vanaf een bepaalde hoogte noemen. Bijvoorbeeld een blad of de beroemde appel van een boom, een vallende steen, regendruppels, bergaardverschuivingen en aardverschuivingen. In al deze gevallen neigen de lichamen naar het centrum van onze planeet.

Ten tweede, wanneer een leraar studenten vraagt om "voorbeelden van zwaartekracht te geven", moeten ze ook onthouden dat alle lichamen gewicht hebben. Wanneer de telefoon op tafel ligt of wanneer een persoon op de weegschaal wordt gewogen, drukt het lichaam in deze gevallen op de steun. Lichaamsgewicht is een levendig voorbeeld van de manifestatie van de zwaartekracht, die samen met de reactie van de steun een paar krachten vormt die elkaar in evenwicht houden.

Als de formule uit de vorige paragraaf wordt gebruikt voor terrestrische omstandigheden (vervang de massa van de planeet en zijn straal erin), dan kan de volgende uitdrukking worden verkregen:

F=mg

Het is het die wordt gebruikt bij het oplossen van problemen met zwaartekracht. Hierin is g de versnelling die wordt gegeven aan alle lichamen, ongeacht hun massa, in vrije val. Als er geen luchtweerstand zou zijn, dan zouden een zware steen en een lichte veer in dezelfde tijd van dezelfde hoogte vallen.

Zwaartekracht in het heelal

Iedereen weet dat de aarde, samen met andere planeten, om de zon draait. Op zijn beurt, de zon, ineen van de armen van het spiraalstelsel de Melkweg, draait samen met honderden miljoenen sterren rond zijn centrum. De sterrenstelsels zelf naderen elkaar ook in zogenaamde lokale clusters. Als we teruggaan op een schaal, dan moeten we ons de satellieten herinneren die om hun planeten draaien, de asteroïden die op deze planeten vallen of voorbij vliegen. Al deze gevallen kunnen worden onthouden als de leraar de leerlingen vraagt: "Geef voorbeelden van de zwaartekracht."

Merk op dat in de afgelopen decennia de kwestie van de belangrijkste kracht op kosmische schaal in twijfel is getrokken. In de lokale ruimte is het ongetwijfeld de zwaartekracht. Echter, gezien het probleem op het niveau van de melkweg, komt een andere, tot nu toe onbekende kracht, geassocieerd met donkere materie, in het spel. Dit laatste manifesteert zich als anti-zwaartekracht.