Закон всемирного тяготения
Детская энциклопедия




Разное




Реклама











Закон всемирного тяготения

В начале XVII в. немецкий ученый Иоганн Кеплер дал общую картину движения планет и установил форму их орбит. Но для него оста­валось загадкой, какая сила определяет такое движение планет.

Кеплер сравнивал Солнце с гигантским маг­нитом и склонялся к мысли, что планеты дви­жутся по своим орбитам под влиянием магнит­ного действия Солнца. По этому поводу различ­ные предположения высказывали и другие ученые. Выяснение силы, управляющей движе­нием планет, принадлежит Ньютону. Он это сделал, использовав закон инерции и законы Кеплера.

По закону инерции всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолиней­ного движения, пока какая-то сила не выведет его из этого состояния. После продолжительных исследований Ньютон пришел к выводу, что дви­жением планет управляет сила тяготения, дей­ствующая обратно пропорционально квадрату расстояния. Это значит, что если бы, например, расстояние между Землей и Луной увеличилось в два раза, то сила тяготения между ними умень­шилась бы в два в квадрате раза (22 = 2х2), т. е. в четыре раза; с увеличением расстояния в три раза сила тяготения уменьшилась бы в три в квадрате раза (32 = 3х3), т. е. в девять раз, и т. д.

Это положение Ньютон обосновал не только путем теоретических расчетов, но и посредством сравнений с результатами опытов. Известно, что свободно падающее тело (например, тело, падающее в длинной стеклянной трубке, из ко­торой выкачан воздух) у самой земной поверх­ности за первую секунду проходит 4,9 м. Луна, как было уже известно Ньютону, находится от центра земного шара на расстоянии 60 зем­ных радиусов, т. е. в 60 раз дальше, чем тело, находящееся на земной поверхности. Поэтому, свободно падая по направлению к Земле, Луна должна проходить в первую секунду не 4,9 м, а в шестьдесят в квадрате раз (602 = 3600) мень­шее расстояние, т. е. 1,36 мм. Следовательно, Луна, по теории Ньютона, должна была бы падать по направлению к Земле, проходя в первую секунду путь, равный приблизительно 1,36 мм.

Таким образом, Ньютон нашел, что сила земного притяжения действительно смещает Луну с ее прямолинейного пути (пути движения по инерции) за каждую секунду на 1,36 мм. Он нашел, что эти два движения (одно — под дей­ствием силы тяготения к Земле, другое — по инерции) складываются и в результате дают кри­волинейное движение Луны вокруг Земли. Лу­на, пишет Ньютон, тяготеет к Земле и силой тя­готения постоянно отклоняется от прямоли­нейного движения, удерживаясь на своей орби­те. Оказалось, что закон тяготения определяет не только движение Луны, но и движение всех небесных тел в солнечной системе.

Это исследование протекало у Ньютона не совсем гладко. Так как планеты представляют собой гигантские шарообразные тела, то очень трудно было определить, как они притягиваются между собой. В конце концов Ньютону удалось доказать, что шарообразные тела взаимно при­тягиваются так, как если бы вся их масса была сосредоточена в их центрах.

Но для того чтобы найти соотношение рас­стояний от центра земного шара до тел, находя­щихся на земной поверхности, и до Луны, тре­бовалось точно знать длину радиуса Земли. Размеры же Земли тогда еще не были точно определены, и для своих вычислений Ньютон воспользовался неточной, как потом выясни­лось, величиной радиуса земного шара, данной голландским ученым Снеллиусом. Получив не­верный результат, Ньютон с горечью отложил эту работу.

Спустя много лет ученый опять возвра­тился к своим вычислениям. Поводом к этому послужило сообщение в Лондонском Королев­ском обществе1 известного французского аст­ронома Пикара о более точном определении им величины земного радиуса. Использовав данные

Пикара, Ньютон проделал всю работу заново и доказал правильность своего предположения.

 

Но и после этого Ньютон долго не опубли­ковывал своего выдающегося открытия. Он старался всесторонне его проверить, применяя выведенный им закон к движению планет вокруг Солнца и к движению спутников Юпитера и Сатурна. И всюду данные этих наблюдений сов­падали с теорией.

Ньютон применил этот закон к движению комет и доказал, что теоретически возможны параболические движения. Он высказал пред­положение, что кометы движутся или по очень вытянутым эллипсам, или по разомкнутым кри­вым — параболам.

Основываясь на законе тяготения, Ньютон сравнил массы Солнца, Земли и планет и до­полнил этот закон новым положением: сила тяготения двух тел зависит не только от рас­стояния между ними, но и от их масс. Он до­казал, что сила тяготения двух тел прямо пропорциональна их массам, т. е. она тем больше, чем больше массы взаимно притяги­вающихся тел.

Земные тела также взаимно притягивают друг друга. Это обнаруживается при очень точ­ных опытах.

Притягиваются между собой и люди. Из­вестно, что два человека, отстоящие друг от друга на один метр, взаимно притягиваются с силой, равной приблизительно одной сороко­вой доле миллиграмма. Человек, находящийся и, притягивает ее с силой, равной его весу.

Открытие Ньютона привело к созданию но­вой картины мира, а именно: в солнечной систе­ме с громадными скоростями движутся планеты, они находятся друг от друга на колоссальных расстояниях, но вместе с тем, благодаря силе взаимного притяжения, связаны в одну систему. Открытый Ньютоном закон получил название закона всемирного тяготения. Это великий и вечный закон природы. В окончательном виде его можно сформулировать так: всякое тело притягивает другое тело с силой, прямо про­порциональной массам этих тел и обратно про­порциональной квадрату расстояния между ними. Математически закон тяготения выражается такой формулой:

где f— постоянная тяготения, m1 и m2 — массы двух тел, r — расстояние между ними.

Солнце удерживает планеты на их орбитах своим притяжением. Если бы этого не было, то планета Я (см. рис.), двигающаяся, например, в направлении ПК, двигалась бы прямолиней­но и равномерно (по закону инерции). В первую секунду она переместилась бы из точки П в точку К и наконец покинула бы нашу солнеч­ную систему. Наоборот, если бы планета не имела собственной скорости и испытывала только притяжение к Солнцу, то она в первую се­кунду переместилась бы из точки П в точку Л. Но так как планета одновременно и притяги­вается к Солнцу, и движется, то она будет перемещаться по направлению ПА. Следователь­но, планета в конце первой секунды не бу­дет ни в точке Я, ни в точке Л, а переместится по диагонали в точку А.

Рассуждая подобным образом, мы придем к выводу, что планета во вторую секунду пе­реместится в точку Б, в третью — в точку В и т. а.

Вот, оказывается, какая сила удерживает планеты, в том числе Землю, на своих орбитах и заставляет их двигаться вокруг Солнца.

Многим, вероятно, приходилось держать в руке один конец шнурка, к другому концу кото­рого привязан камешек, и заставлять камешек вращаться. При вращении шнурок все время находится в состоянии натяжения, но если он вдруг вырвется из рук, то сейчас же вместе с камешком улетит прочь. Нечто подобное про­изошло бы и с планетами, в том числе и с Зем­лей, если бы Солнце вдруг перестало их притя­гивать. Но этого не может случиться, так как притяжение — неотъемлемое свойство всех тел. Поэтому притяжение Солнца не может быть приостановлено. Оно действует непрерывно, постоянно, и, следовательно, планетам не могут угрожать подобные катастрофы.

 

Солнце своей силой притяжения все время удерживает пла­неты в среднем на одном и том же расстоянии, подобно тому как натяжение шнурка удерживает камешек.

Открытием закона всемирного тяготения бы­ло заложено начало небесной механики, изу­чающей движение планет.

Свои основные выводы Ньютон изложил в большом труде, который был опубликован в 1687 г.. под названием «Математические начала натуральной философии». Этот выдающийся труд Ньютона был издан у нас в 1915 г. в пере­воде акад. А. Н. Крылова. Развитие астрономии показало, что закон всемирного тяготения Ньютона регулирует движение не только пла­нет, комет и других тел солнечной системы, но и звезд, рассеянных в далеких глубинах Млечного Пути.

Когда в конце XVIII в. обнаружились не­правильности в движении незадолго перед тем открытой планеты Уран, было высказано пред­положение, что они вызываются притяжением неизвестной, еще более далекой от Солнца пла­неты. Встала задача: найти эту планету при по­мощи математических расчетов, исходя из зако­на всемирного тяготения.

За решение этой задачи взялись французский астроном Урбен Леверье (1811 —1877) и англий­ский ученый, тогда только что окончивший университет, Джон Адаме (1819—1892). В ре­зультате сложных вычислений оба они указали, где на небе в данное время искать неизвестную планету.

Адаме передал сделанные им вычисления своему профессору, но тот не придал им должно­го значения и оставил их без внимания. Леверье же сразу сообщил свои вычисления немецко­му астроному Галле. В сентябре 1846 г. Галле получил письмо от Леверье и в тот же вечер при помощи телескопа открыл новую планету Нептун, почти в том месте, на которое указы­вали вычисления Леверье.

Открытие Нептуна служит ярким примером обоснованности научных предвидений. И здесь уместно вспомнить слова В. И. Ленина: «Чудес­ное пророчество есть сказка. Но научное проро­чество есть факт».

1 Лондонское Королевское общество — Английская Академия наук.





 
 
-------------------------------------------------------
Календарь
«  Январь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2017