Kaj je gravitacijska konstanta?

Po študiju fizike v mislih študentov so vse vrste trajnih in njihovih vrednot. Tema gravitacije in mehanike ni izjema. Najpogosteje ne morejo odgovoriti na vprašanje, kako pomembna je gravitacijska konstanta. Vendar bodo vedno nedvoumno odgovorili, da je prisotna v pravu svetovne širine.

Iz zgodovine gravitacijske konstante

Zanimivo je, da v delih Newtona ni take velikosti. V fiziki se je pojavila veliko kasneje. Natančneje, šele na začetku 19. stoletja. Toda to ne pomeni, da ni bilo. Znanstveniki ga preprosto niso prepoznali in niso prepoznali njegovega pravega pomena. Ko govorimo o pomenu. Gravitacijsko konstantno kot je določeno decimal z velikim številom števk za decimalno vejico, pred katerim je nič.

Prav zato, ker ta količina prevzame tako majhno vrednost, je učinek gravitacijskih sil na majhnih telesih neopazen. Samo zaradi tega multiplikatorja se sila privlačnosti izkaže za zanemarljivo.

Prvič je eksperimentalno določil vrednost, ki jo je prevzela gravitacijska konstanta, fizik G. Cavendish. In to se je zgodilo leta 1788.

V svojih poskusih je uporabil tanko palico. Bila je obešena na tanko bakreno žico in dolžine približno 2 metra. Dve identični svinčeni krogli s premerom 5 cm sta bili pritrjeni na konce te palice, poleg njih so bile nameščene velike svinčene kroglice. Njihov premer je bil že 20 cm.

Pri približevanju velikih in majhnih krogel so opazili vrtenje palice. Govorila je o njihovi privlačnosti. Iz znanih mas in oddaljenosti ter izmerjene sile zvijanja je bilo mogoče natančno ugotoviti, kaj je gravitacijska konstanta enaka.

Vse se je začelo s prostim padcem teles.

Če položimo trupla različnih mas v praznino, bodo padli istočasno. Če padejo z iste višine in se začnejo istočasno. Bilo je mogoče izračunati pospešek, s katerim vsa telesa padejo na Zemljo. Izkazalo se je, da je približno enaka 9,8 m / s2.

Znanstveniki so ugotovili, da je sila, s katero se vse pritegne na Zemljo, vedno prisotna. In ni odvisna od višine, do katere se telo premika. En meter, kilometer ali stotine kilometrov. Ne glede na to, kako daleč je telo, ga bo pritegnila Zemlja. Drugo vprašanje je, kako bo njegova vrednost odvisna od razdalje?

Na to vprašanje je odgovor našel angleški fizik I. Newton.

Zmanjšanje sile privlačnosti teles z njihovo razdaljo

Za začetek je predlagal, da se sila gravitacije zmanjša. Njegova vrednost je obratno povezana s kvadratom razdalje. Poleg tega je treba to razdaljo šteti od središča planeta. In naredil je teoretične izračune.

Potem je ta znanstvenik uporabil podatke astronomov o gibanju naravnega satelita Zemlje - Lune. Newton je izračunal pospešek, s katerim se vrti okoli planeta, in dosegel enake rezultate. To je pričalo o resničnosti njegovega sklepanja in dovoljevanju njegovega oblikovanja pravo sveta. Gravitacijska konstanta v njegovi formuli doslej ni bila prisotna. Na tej stopnji je bilo pomembno določiti odvisnost. Kaj je bilo storjeno. Gravitacija se zmanjša obratno na kvadratno razdaljo od središča planeta.

Zakonu sveta

Newton je nadaljeval razmišljanje. Ker Zemlja pritegne Luno, jo mora privabiti Sonce. Še več, sila te privlačnosti bi morala biti tudi v skladu z zakonom, ki ga je opisal. Nato ga je Newton razdelil na vsa telesa vesolja. Zato ime zakona vključuje besedo "univerzalno".

Sile svetovnih teles so opredeljene kot sorazmerno odvisne od produkta mas in obratno od kvadrata razdalje. Kasneje, ko je bil določen koeficient, je formula zakona dobila naslednjo obliko:

• _Ft = G (mx x x m ₂ ): r2.

Vsebuje naslednje oznake:

Formula za gravitacijsko konstanto izhaja iz tega zakona:

• G = ( _Ft X r ² ): (m ₁ x m ₂ ).

Vrednost gravitacijske konstante

Zdaj je prišlo na vrsto posebnih številk. Ker znanstveniki to vrednost stalno pojasnjujejo, so bile različne številke uradno sprejete v različnih letih. Na primer, po podatkih za leto 2008 je gravitacijska konstanta 6,6742 x 10 ^-11 Nm ² / kg ² . Tri leta so minile - konstanta se šteje. Zdaj je gravitacijska konstanta 6,6738 x 10 ^-11 Nm ² / kg ² . Toda za šolske otroke pri reševanju problemov je njegovo zaokroževanje na takšno vrednost dopustno: 6,67 x 10 ^-11 Nm ² / kg ² .

Kakšen je fizični pomen te številke?

Če v formuli, ki je dana za pravo sveta, nadomestimo konkretne številke, dobimo zanimiv rezultat. V posameznem primeru, ko so mase telesov enake 1 kilogramom in se nahajajo na razdalji 1 metra, je moč sile enaka številki, ki je znana po gravitacijski konstanti.

Pomen gravitacijske konstante je, da kaže, s kakšno silo bodo ta telesa privlačna na razdalji en meter. Po številu lahko vidite, kako majhna je ta sila. Navsezadnje je deset milijard manj kot ena. To je celo nemogoče opaziti. Tudi s povečanjem telesa stokrat se rezultat ne bo bistveno spremenil. Še vedno je veliko manj kot eden. Zato postaja jasno, zakaj je moč privlačnosti opazna le v tistih situacijah, če ima vsaj eno telo veliko maso. Na primer, planet ali zvezda.

Kako je gravitacijska konstanta s pospeškom prosti padec?

Če primerjamo dve formuli, od katerih bo ena za gravitacijo in drugo za zakon Zemlje, lahko vidimo preprost vzorec. Gravitacijska konstanta, masa Zemlje in kvadrat razdalje od središča planeta tvorita koeficient, ki je enak pospešite prosti padec. Če napišete to formulo, dobite naslednje:

• g = (G x M): r ² .

Uporablja pa naslednje oznake:

Mimogrede, gravitacijsko konstanto lahko najdemo iz te formule:

• G = (g x r ² ): M.

Če želite izvedeti pospešek prostega padca na določeni višini nad površino planeta, potem je ta formula uporabna:

• g = (G x M): (r + n) ² , kjer je n višina nad površino zemlje.

Naloge, ki zahtevajo poznavanje gravitacijske konstante

Prva naloga

Stanje Kakšen je pospešek prostega padca na enem od planetov sončnega sistema, na primer na Marsu? Znano je, da je njegova masa 6,23 · 10 ²³ kg, polmer planeta pa 3,38 · 10 ⁶ m.

Odločitev . Uporabiti morate formulo, ki je bila napisana za Zemljo. Samo za nadomestitev vrednosti, podanih v nalogi. Izkazalo se je, da bo pospešek prostega padca enak produktu 6,67 x 10 ^-11 in 6,23 x 10 ²³ , ki ga je potem treba razdeliti na kvadrat 3,38 · 10 ⁶ . V števcu dobimo vrednost 41,55 x 10 ¹² . Imenovalec bo 11.42 x 10 ¹² . Stopnje se bodo zmanjšale, zato je za odgovor dovolj vedeti le količnik dveh številk.

Odgovor : 3,64 m / s ² .

Naloga dva

Stanje Kaj je treba storiti s telesi, da bi zmanjšali svojo težo za 100-krat?

Odločitev . Ker mase telesa ni mogoče spremeniti, se bo sila zmanjšala zaradi njihove odstranitve. Sto se dobi iz kvadrata 10. To pomeni, da mora biti razdalja med njimi 10-krat večja.

Odgovor : razdaljo jih 10-kratna prvotna razdalja.