Закон всесвітнього тяжіння

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Зміст:

Історія відкриття

Ні для кого не секрет, що закон всесвітнього тяжіння був відкритий великим англійським вченим Ісааком Ньютоном, який за легендою гуляв у вечірньому саду та роздумував над проблемами фізики. У цей момент з дерева впало яблуко (за однією версією прямо на голову фізику, по інший просто впало), що стало згодом знаменитим яблуком Ньютона, так як привело вченого до осяяння, еврики. Яблуко, що впало на голову Ньютону, надихнуло того до відкриття закону всесвітнього тяжіння, адже Місяць в нічному небі залишався нерухомим, яблуко ж впало, можливо, подумав вчений, що якась сила впливає як на Місяць (змушуючи його обертатися по орбіті), так і на яблуко, змушуючи його падати на землю. Зараз по завіренням деяких істориків науки вся ця історія про яблуко лише красива вигадка. Насправді падало яблуко чи ні, не так вже й важливо, важливо, що вчений таки дійсно відкрив і сформулював закон всесвітнього тяжіння, який нині є одним з наріжних каменів, як фізики, так і астрономії. Зрозуміло, і задовго до Ньютона люди спостерігали, як падаючі на землю речі, так і зірки в небі, але до нього вони вважали, що існує два типи гравітації: земна (діюча виключно в межах Землі, що змушує тіла падати) та небесна (діюча на зірки і Місяць). Ньютон же був першим, хто об’єднав ці два типи гравітації в своїй голові, першим хто зрозумів, що гравітація є тільки одна і її дію можна описати універсальним фізичним законом.

Визначення закону

Згідно з цим законом, всі матеріальні тіла притягуються один одного, при цьому сила тяжіння не залежить від фізичних або хімічних властивостей тіл. Залежить вона, якщо все максимально спростити, лише від ваги тіл та відстані між ними. Також додатково потрібно взяти до уваги той факт, що на всі тіла, що знаходяться на Землі діє сила тяжіння самої нашої планети, що одержала назву – гравітація (з латині слово «gravitas» перекладається як тяжкість). Спробуємо ж тепер сформулювати і записати закон всесвітнього тяжіння максимально коротко: сила тяжіння між двома тілами з масами m1 і m2 і розділеними відстанню R прямо пропорційна обом масам і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Формула

Нижче представляємо вашій увазі формулу закону всесвітнього тяжіння. G в цій формулі це гравітаційна стала, рівна 6,67408(31)•10 −11 це величина впливу на будь-який матеріальний об’єкт сили гравітації нашої планети.

Невагомість тіл

Відкритий Ньютоном закон всесвітнього тяжіння, а також супутній математичний апарат пізніше лягли в основу небесної механіки та астрономії, адже за допомогою нього можна пояснити природу руху небесних тіл, так само як і явище невагомості. Перебуваючи в космічному просторі на значній відстані від сили тяжіння-гравітації такого великого тіла як планета, будь-який матеріальний об’єкт (наприклад, космічний корабель з астронавтами на борту) виявиться в стані невагомості, так як сила гравітаційного впливу Землі (G у формулі закону тяжіння) або якої-небудь іншої планети більше не буде на нього впливати.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв’язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту [email protected] або у Фейсбук.

Руйнуючи міф про яблуко. Як Ісаак Ньютон здогадався до закону всесвітнього тяжіння?

Існує легенда про те, що Ісаак Ньютон відкрив закон всесвітнього тяжіння, нібито, завдяки яблуку. За однією версією легенди, яблуко нібито впало на голову Ньютону і в нього настало “прозріння”, а за іншою – яблуко просто впало поряд зі вченим, коли він сидів під деревом. Деякі історики науки, навіть, писали про те, що сам Ньютон особисто розповідав цю історію. Почути цю легенду можна і від шкільних учителів та, навіть, прочитати в деяких підручниках. Легенда ця, можливо, чимось і красива, але через такі історії в учнів може скластися хибне враження про те як “працює” наука і як науковці роблять значні відкриття. Учні можуть подумати, що наукові відкриття є результатом певного “прозріння” (хоча це більше на якусь містику схоже), а не кропіткої наукової праці. Тому переконаний, що учням слід розповідати й про те, як насправді Ньютон прийшов до свого закону всесвітнього тяжіння. Щоб розібратися у ситуації, для початку варто згадати, а що саме стверджує закон всесвітнього тяжіння. Згідно з цим законом, будь-які два тіла з масами m1 та m2 притягаються одне до одного з силою пропорційною добутку їхніх мас та обернено пропорційною квадрату відстані між ними. Лише подивившись на цю формулу, одразу виникає сумнів, що таке можна “придумати”, просто спостерігаючи за яблуком. Насправді, Ньютон відкрив закон всесвітнього тяжіння завдяки аналізу руху планет навколо Сонця і аж ніяк не завдяки спостереженню за яблуком. Перед тим, як відкрити закон всесвітнього тяжіння, Ньютон відкрив свої три славнозвісні закони. Якби він їх не відкрив, то не відкрив би і закону всесвітнього тяжіння. Пригадаймо спочатку, що стверджують два останні з цих законів. Другий закон Ньютона стверджує, що якщо на тіло масою m діє сила F (або якщо F – це рівнодійна сил), то тіло (відносно інерціальної системи відліку) рухатиметься з прискоренням а, яке можна визначити із формули F=mа. Третій же закон Ньютона стверджує, що якщо два тіла взаємодіють між собою, то сила, з якою перше тіло діє на друге тіло, дорівнює за модулем силі, з якою друге тіло діє на перше, причому ці сили діють у протилежних напрямках. Але і цього було замало Ньютону для відкриття закону всесвітнього тяжіння. Навряд чи він би його відкрив, якби не наукові праці Тихо Браге та Йоганна Кеплера. Сам сер Ісаак Ньютон у 1676 році говорив: “Якщо я бачив далі за інших, то тому, що стояв на плечах гігантів”. Чималий вклад у відкриття закону всесвітнього тяжіння зробив данський астроном Тихо Браге, який помер ще за 40 років до народження Ісаака Ньютона. Спостерігаючи за планетами, Браге склав доволі точні таблиці їхнього руху. На основі цих таблиць, його учень Йоганн Кеплер помітив, що рух планет підкоряється деяким закономірностям. Ці закономірності Кеплер сформулював у вигляді трьох законів, які зараз носять назву законів Кеплера. Без двох з цих законів Ісаак Ньютон не зміг би відкрити закон всесвітнього тяжіння. Перший закон Кеплера стверджує, що всі планети обертаються навколо Сонця по еліпсах (майже по колах). Другий же закон Кеплера говорить про те, що якщо планета обертається навколо Сонця з періодом Т і при цьому відстань (для випадку колової орбіти планети) від планети до Сонця дорівнює R, то де С – деяка константа, яка однакова для всіх планет Сонячної системи. На основі цих законів, Ньютон міркував приблизно таким чином. Сила F, яка діє на планету з боку Сонця повинна дорівнювати F=mа, де m– маса планети, а – прискорення планети під час руху по коловій орбіті. А яке прискорення має планета при русі по колу? Правильно, доцентрове. Не вдаючись у деталі, як саме Ньютон вивів формулу для доцентрового прискорення (мало бути нелегко, оскільки в часи Ньютона ще, навіть, не існувало в математиці поняття вектора), просто запишемо, що: де R – радіус орбіти планети, Т – період її обертання навколо Сонця. Тоді, на основі другого закону Ньютона та другого закону Кеплера, можна отримати, що Звідси Ісаак Ньютон побачив, що сила F, з якою Сонце діє на планету, пропорційна до маси планети m та обернено пропорційна до квадрату радіуса R орбіти планети. Але, згідно з третім законом Ньютона, така сама за модулем сила F повинна діяти збоку планети на Сонце. Тому ця сила повинна бути також пропорційна до маси Сонця М. Тому остаточно де G – константа (гравітаційна стала). Як бачимо, тривала та рутинна праця Тихо Браге зі складання детальних таблиць руху планет, узагальнення Йоганном Кеплером спостережуваних фактів у вигляді трьох законів руху планет, попередня робота Ньютона над своїми трьома законами – все це було передумовою відкриття закону всесвітнього тяжіння. Одним словом, аж ніяк не яблуко.

На основі відгуків 4 користувачів

Редакція не несе відповідальності за наповнення блогів, вони є персональною думкою автора

Обирай кращих викладачів на сервісі Букі!

Інші статті викладача

Реєструйся репетитором на BUKI!

Безкоштовна реєстрація за 10 хвилин

Заняття персонально чи по Skype

Оплата напряму від учня

Також читайте розділ «Блоги репетиторів»:

Як написати офіційний електронний лист в академічному середовищі. Ч. ІІ.

Правила написання офіційних електронних листів у поьському академічному середовищі.

Автор: Наталія Д.

Як написати офіційний електронний лист в академічному середовищі. Ч. І.

Правила написання офіційних електронних листів у поьському академічному середовищі

Автор: Наталія Д.

Уважно! Англійські слова, які легко переплутати

У цьому дописі розглянемо 5 пар слів, які можна легко переплутати. В англійській мові це не єдина складність, однак пройшовши її, ви будете на крок ближче до успіху!

Автор: Руслана Ф.

Корисні поради для вивчення іспанської мови

Вивчення іспанської мови може бути захоплюючим та корисним викликом. Якщо ви вирішили освоїти цю мову, деякі поради можуть полегшити вам цей шлях.

Автор: Віолетта Д.

ТОП порад для ефективного вивчення івриту

Вивчення івриту – захоплюючий і надзвичайно корисний процес.

Автор: Вероніка В.

Творення і відмінювання прізвищ, імен по батькові в українській мові

Вчимося рахувати швидко: що таке ментальна арифметика

Вивчаємо речення, які ускладнені вставними словами: правопис вставних конструкцій

Відмінювання слів в українській мові: важливі відомості про кличний відмінок

Рейтинг: 4.57 з 5

На основі відгуків 1614 користувачів

Розроблено з ♥ командою BUKI