Авиатехника, Железнодорожная техника, Автотехника, Водная техника, Космическая техника, Военная техника, Сельскохозяйственная техника, Бытовая техника, Радиоэлектроника, Электрика, Энергетика, Механика, Мебель своими руками, Строительство, Ремонт, Приусадебное хозяйство, Инструменты, Полезные советы, Конструктор-конструктору, Технические статьи, Исторические хроники, Неопознанное, Из области фантастики, Полезные ссылки, Обмен ссылками, Размещение статей, рекламы
 

Картины современной физики

Дата создания сайта: 24/02/2013

Движение и силы

5. Гравитация

Для метода исследования, принятого в естественных науках, и особенно в физике, характерно объединение часто встречающихся экспериментальных фактов в законы с широкой областью применимости. Этот путь, ведущий от частного к общему, называют индуктивным. Поскольку справедливость всех физических утверждений подтверждается опытом, физика по сути своей является индуктивной наукой.

Но из рабочего аппарата физики не исключается и другой метод мышления - дедуктивный. Он применяется в тех случаях, когда с помощью известных широко применимых законов, справедливость которых подтверждена на опыте, пытаются истолковать новые факты или отдельные недостаточно хорошо объясненные частные случаи. Если при этом данные практических измерений и теоретических вычислений совпадают, успех теории можно считать полным.

Так, Иоганн Кеплер (1571-1630) открыл законы движения планет индуктивным путем. С помощью обширного цифрового материала, предоставленного ему великим астрономом Тихо Браге (1546- 1601), он изучил движение планет, затратив неслыханные усилия и проявив глубокую проницательность. Только точное определение орбиты Марса заняло шесть лет неустанной работы. Изучая движение планет, Кеплер, по существу, ставил вопрос "как"; Ньютон искал ответ на вопрос "почему". Он нашел ответ на него индуктивным методом, применив общие законы механики к частному случаю движения небесных тел. Ньютон стал основателем точной науки - небесной механики.

Рис. 3. Ускорения свободного падения на поверхности Земли и на расстоянии, равном расстоянию от Земли до Луны.

Рис. 4. Искусственный спутник по Ньютону.

Ключом к этой науке оказался закон всемирного тяготения, определяющий взаимное притяжение двух масс. Его нельзя вывести из других законов и потому можно назвать четвертым законом Ньютона. Ньютон открыл его, вычислив по времени обращения Луны вокруг Земли ускорение, которое сообщает Луне Земля; оно оказалось равным 0,27 см/с2, и Ньютон сравнил его с ускорением свободнйго падения вблизи поверхности Земли (981 см/с2) (рис. 3). Нетрудно подсчитать, что вторая величина в 3633 раза превосходит первую. Поверхность Земли удалена от ее центра на 6378 км, тогда как расстояние до Луны равно 384 400 км (отношение этих величин составляет 60,27). Поскольку 60,272 = 3633, Ньютон заключил, что ускорение, создаваемое действием гравитационного поля Земли, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Сила притяжения оказывается пропорциональной как массе mi притягивающего тела, так и массе т2 притягиваемого тела. Математически закон всемирного тяготения выражается соотношением

F=Gm1m2/r (2)

где г - расстояние между двумя массами m1 и m2 (которые следует считать точечными), a G -гравитационная постоянная, равная 6,67-10"11 м3/(кг-с2).

Для того чтобы установить, что планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам, Кеплер затратил много лет тяжелого труда. Теперь с помощью законов Ньютона мы можем дедуктивным путем за несколько минут вывести этот факт с помощью карандаша и бумаги. Ньютону удалось вычислить еще целый ряд ранее не известных астрономических величин, в частности массы Луны, Солнца и планет, эллипсоидную форму Земли, прецессию земной оси и многое другое. Ньютон предвидел даже возможность создания искусственных спутников Земли; он представлял себе их в виде тел, которые запускаются с горы в горизонтальном направлении (рис. 4). Такое тело описывает баллистическую траекторию, параболу, и затем падает на поверхность Земли. С увеличением начальной скорости возрастает и дальность полета; наконец, при некоторой скорости ввиду кривизны земной поверхности тело вообще не упадет на Землю, а совершит облет вокруг нее. Ньютон описывал этот опыт так: "Представим себе тела, которые выбрасываются с высоких точек вдоль горизонтальных линий; ...ввиду различных скоростей эти тела будут описывать различные дуги вдоль земной поверхности. Тела смогут двигаться и удаляться от Земли по этим траекториям, подобно тому как движутся в небе планеты".

Сегодня космические станции и аппараты с человеком на борту (или работающие автоматически) бороздят небо не только как планеты; космические корабли в состоянии достичь любой точки в Солнечной системе и с точностью до секунды возвратиться на Землю. Хотя при этом создается впечатление о полном преодолении силы тяготения, ее все же нельзя списывать со счетов. На поверхности Земли ее удается измерять со всевозрастающей точностью, и это дает геофизикам важные данные о внутреннем строении земной коры. В частности, для подобных целей служит гравиметр, который относится к числу наиболее чувствительных измерительных приборов, применяемых в физике.

На рис. 5 показан гравиметр У ордена. Он весит всего лишь несколько миллиграммов и изготовлен из тонкой и прочной кварцевой нити. Его основная часть - это рычаг 5 (с одним плечом); на конце его укреплен груз 3, который под действием силы тяжести растягивает пружину 2 и поворачивает рычаг вниз. Положение стрелки 1 наблюдается с помощью микроскопа М. Точность, с которой удается надежно измерять ускорение свободного падения с помощью этого прибора в полевых условиях, достигает Ю-7 м/с2.

Читать книгу: картины современной физики

p.s. При копировании материалов и фотографий активная ссылка на сайт обязательна.

Рубрикатор размещенных статей

На главную страницу

Авиатехника, Железнодорожная техника, Автотехника, Водная техника, Космическая техника, Военная техника, Сельскохозяйственная техника, Бытовая техника, Радиоэлектроника, Электрика, Энергетика, Механика, Мебель своими руками, Строительство, Ремонт, Приусадебное хозяйство, Инструменты, Полезные советы, Конструктор-конструктору, Технические статьи, Исторические хроники, Неопознанное, Из области фантастики, Полезные ссылки, Обмен ссылками, Размещение статей, рекламы
 

Смотрите также интересные ссылки:
Автохимия для авто  Мойка вагонов, разработки для железнодорожного транспорта и метрополитена  Бесконтактная мойка авто и транспорта  Средства для Ультразвука и ультразвуковых ванн   Дезинфицирующие средства