МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Факультет Кибернетики
Кафедра интеллектуальных технологий и систем
Статья по теме " Закон всемирного тяготения"
дисциплина: «Синергетические системы»
Студент:
Группа: ИИ-1-99
Преподаватель:
Москва 2004 г.
Закон всемирного тяготения
Открытие закона всемирного тяготения стало важным событием для астрономии XVII века, которое повлияло на дальнейшее развитие науки. Закон всемирного тяготения выведен И. Ньютоном в 1687 г. опытным путем (и до сих пор не подтвержден теоретически). Закон утверждает, что два точечных тела с массами m1 и m2 притягивают друг друга с силой:
где r - расстояние между телами, a G - гравитационная постоянная.
Сила F направлена вдоль прямой, соединяющей два точечных тела. Под термином «точечные тела» здесь подразумеваются тела, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними, т. е. материальные точки. Коэффициент пропорциональности G — постоянная величина, называемая «гравитационной постоянной». В системе СИ:
Закон всемирного тяготения можно интерпретировать и иначе, полагая, что каждое материальное тело с массой m1 создаёт вокруг себя поле тяготения (гравитационное поле), в котором любое другое свободное материальное тело, находящееся на расстоянии r от центра поля, приобретает ускорение, не зависящее от своей массы, равное:
В качестве общего случая применения закона можно привести расчетные значения силы притяжения электрона к протону в атоме водорода (=2*10-11 Н), силы тяготения между Землей и Луной (=2*1020Н) и силы тяготения между Солнцем и Землей (=3,5*2022 Н).
Закон всемирного тяготения справедлив и для протяженных тел со сферически-симметричным распределением массы, при этом r - расстояние между центрами симметрии тел.
Для несферических тел закон соблюдается приближенно, причем тем точнее, чем больше расстояние между телами (между их центрами масс) по отношению к размерам тел.
Закон всемирного тяготения - это один из универсальных законов природы. Согласно этому закону все материальные тела притягивают друг друга, причём величина силы тяготения не зависит от физических и химических свойств тел, от состояния их движения, от свойств среды, где находятся тела. На Земле тяготение проявляется прежде всего в существовании силы тяжести, являющейся результатом притяжения всякого материального тела Землёй. С этим связан термин «гравитация» (от лат. gravltas — тяжесть), эквивалентный термину «тяготение».
В основном силы тяготения определяют характер движения небесных тел в космическом пространстве. Именно при изучении движения планет и их спутников закон всемирного тяготения был открыт Ньютоном. В начале XVII века И. Кеплером были установлены эмпирическим путём основные закономерности движения планет (законы Кеплера). Исходя из них, современники Ньютона (французский астроном И. Бульо, итальянский физик Дж. Борелли, английский физик Р. Гук) высказывали соображения, что движение планет может быть объяснено действием силы, которая притягивает каждую планету к Солнцу и которая убывает пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Однако только Ньютон в «Математических началах натуральной философии» (1687 г) впервые это строго доказал, опираясь на свои первые два закона механики и на созданные им новые математические методы, составившие основу дифференциального и интегрального исчисления. Ньютон доказал, что движение каждой планеты должно подчиняться первым двум законам Кеплера именно в том случае, если они движутся под действием силы тяготения Солнца в соответствии с формулой (1). Далее Ньютон показал, что движение Луны может быть приближённо объяснено с помощью аналогичного силового поля Земли и что сила тяжести на Земле есть результат воздействия этого же силового поля на материальные тела вблизи поверхности Земли. На основании 3-го закона механики Ньютон заключил, что притяжение есть взаимное свойство, и пришёл к формулировке своего закона тяготения для любых материальных частиц. Выведенный по эмпирическим данным, на основании результатов наблюдений, с неизбежностью приближённых, закон всемирного тяготения представлял собой вначале рабочую гипотезу. В дальнейшем потребовалась колоссальная работа в течение более чем двухсот лет для обоснования этого закона.
Ньютон смог показать, что взаимное притяжение между Землёй, Луной и Солнцем объясняет довольно точно ряд наблюдавшихся с давних пор особенностей в движении Луны (движение узлов, движение перигея, колебания наклона лунной орбиты), что Земля из-за своего вращения и вследствие действия сил тяготения между частицами вещества Земли должна быть сплюснута у полюсов. Действием сил тяготения Ньютон объяснил также и явление прецессии земной оси, например, приливы и отливы. Одним из наиболее ярких в истории астрономии подтверждений справедливости открытого Ньютоном закона явилось открытие в 1845-1846 гг. планеты Нептун — результат предварительных теоретических расчётов, предсказавших положение планеты. Современные теории движения Земли, Луны и планет, основанные на законе всемирного тяготения, отражают наблюдаемые движения этих тел во всех деталях, за исключением нескольких эффектов (движения перигелиев Меркурия, Венеры, Марса), которые находят своё объяснение в релятивистской небесной механике, основанной на теории тяготения Эйнштейна.
Однако Ньютон оставил открытым вопрос о природе тяготения, и в его законе установлены только количественные закономерности. Не было объяснено также и предположение о мгновенном распространении тяготения в пространстве (т. е. предположение о том, что с изменением положений тел мгновенно изменяется и сила тяготения между ними), тесно связанное с природой тяготения. Трудности, связанные с этим, были устранены лишь в теории тяготения Эйнштейна, представляющей собой новый этап в познании объективных законов природы.
Наиболее широкое применение закон всемирного тяготения получил при уточнении законов Кеплера, объяснении закономерностей движения планет и их спутников, а также в космонавтике.
Использованием литература:
1. Исаак Ньютон. 1643—1727. Сборник статей, 2002г.
2. Большая естественная энциклопедия, изд. 2002 г.
3. Информационно-энциклопедический ресурс доступа к электронным энциклопедиям Рубикон - www. rubikon. ru
4. Интернет-ресурс «Кабинет физики СПбГУПМ - МЕХАНИКА» www. spb-gupm. ru
