Закон всемирного тяготения (работа 1)
Закон всемирного тяготения.
Исаак Ньютон смог объяснить движение тел в космическом пространстве с помощью закона всемирного тяготения. Ньютон пришел к своей теории в результате многолетних исследований движения Луны и планет.
Закон всемирного тяготения.
Если m1 и m2 – массы двух точечных тел, а
r – расстояние между ними, то закон
всемирного тяготения записывается в
виде
где G = 6,67∙10–11
Н∙м2/кг2 – гравитационная постоянная.
Этот закон справедлив также для сферически
симметричных тел (при расстояниях между
центрами больше суммы их радиусов), а
приближенно он выполняется для любых
тел, если расстояние между ними велико
по сравнению с их размерами. Ускорение,
которое испытывает тело m, находящееся
на расстоянии r от тела M, равно
В
частности, ускорение свободного падения
в поле Земли равно
,
где
–
масса Земли, r – расстояние до ее центра.
Вблизи поверхности Земли ускорение
свободного падения равно g = 9,8 м/с2.
Сплюснутость Земли и ее вращение приводят
к отличию силы тяжести на экваторе и
возле полюсов: ускорение свободного
падения в точке наблюдения может
приближенно высчитываться по формуле
g = 9,78 ∙ (1 + 0,0053
sin φ), где φ –
широта этой точки.
Гравитация внутри Земли.
Внутри Земли,
если принять ее за однородный шар, сила
тяжести убывает пропорционально
расстоянию до центра:
Поскольку
размеры Земли не бесконечно малы по
сравнению с расстояниями до Луны и
Солнца, то силы лунного и солнечного
притяжения в разных точках Земли разные.
Так, самая близкая точка будет притягиваться
сильнее, чем самая далекая точка. Действие
возмущающих сил на отдельные части
земной поверхности вызывает приливы и
отливы. При этом приливное влияние Луны
в 2,2 раза сильнее, чем Солнца.
Квадратурные и сизигийные приливы.
Каждый день уровень океанских вод поднимается и снижается, причем в устьях некоторых рек и отдельных заливах на несколько метров. Эти явления носят название приливов и отливов. Гидросфера, как и всякое жидкое тело, способна деформироваться, что и происходит каждый день в результате притяжения Луны и Солнца. В полнолуние и новолуние тяготение Луны и Солнца усиливают действие друг друга, и приливы бывают выше средних. Когда же Луна находится в фазах первой и последней четверти, силы тяготения светил гасят друг друга, и уровень приливов ниже среднего. Перегородив дамбой залив, приливы можно использовать для получения электроэнергии.
Луна каждые 24 часа 50 минут вызывает приливы не только в океанах, но и в коре Земли, и в атмосфере. Под воздействием приливных сил литосфера вытягивается примерно на полметра. Тяготение Луны вызывает также прецессию земной оси. Из-за океанских приливов и отливов возникает сила трения между литосферой и гидросферой, замедляющая скорость вращения Земли вокруг своей оси. Каждое столетие продолжительность суток увеличивается приблизительно на 0,002 с. Два миллиарда лет назад продолжительность земных суток составляла всего 10 часов, а в отдаленном будущем они будут равны одному месяцу. Уже теперь благодаря приливным силам Луна постоянно обращена к Земле одной и той же стороной. Кроме того, притяжение приливных выступов Земли увлекает Луну по орбите вперед, в результате чего она удаляется от Земли со скоростью около 3 см в год. Именно приливные силы, возникшие в гравитационном поле Юпитера, разорвали ядро кометы Шумейкеров – Леви на множество частей, после чего несколько лет назад она упала на Юпитер. Закон всемирного тяготения справедлив только в рамках классической механики. Он, по-видимому, нарушается на малых расстояниях (порядка планковской длины). В 1916 году Альберт Эйнштейн в теории относительности показал, что свойства пространства и времени изменяются вблизи больших масс.
Список литературы
Для подготовки данной применялись материалы сети Интернет из общего доступа