Još uvek ne razumem. Zašto Zemlja ne pada u Sunce? Zašto Zemlja ne padne? Zašto zemlju ne privlači sunce?
Pogledajte gore, tamo je plafon ili nebo. Pogledajte dole da vidite pod ili tlo. Koristimo riječi "gore" i "dolje" desetine puta dnevno, a da ne razmišljamo o njihovom značenju. Kažemo: “Ono što povratiš sigurno će pasti.” Lopta leti do neba, a zatim pada. Ali sada vidimo mnogo zvijezda na nebu. Zašto ne padnu kao lopta?
Šta je vrh i dno
Sačekaj minutu! Da li riječi “gore” i “dolje” zaista znače ono što mislimo da znače? Ako letimo na Južni pol, na Antarktik, onda nećemo morati da hodamo tamo naglavačke. Gde god da krenemo na Zemlji, biće neba iznad i čvrstog tla pod našim nogama.
![](https://i0.wp.com/kipmu.ru/wp-content/uploads/vinzvksms.jpg)
Ono što nazivamo "dno" ima mnogo veze sa silom gravitacije (gravitacije). Predmeti padaju prema tlu - to nazivamo "dolje" jer ih privlači gravitacija ispod naših stopala. Ali ako se u svemirskom brodu udaljimo od Zemlje, onda će koncepti "gore" i "dolje" izgubiti svoje značenje. Tokom svemirskog leta, između planeta i zvijezda postoji samo ogroman prazan prostor. Zvijezde padalice ili "leteće" su zapravo meteoriti, fragmenti stijena ili leda, izvučeni iz svemira na Zemlju silom njene gravitacije.
Svemir, gravitacija, gore i dolje
![](https://i1.wp.com/kipmu.ru/wp-content/uploads/vrhinzvksms-2048x1363.jpg)
U svemiru je nemoguće odrediti gdje je gore, a gdje dolje. Budući da u svemiru zaista nema gravitacije, astronaut nije u stanju odrediti gdje je gore, a gdje dolje. Astronaut može hodati po plafonu broda ili po podu. Pritom neće osjetiti nikakvu razliku: "gore" i "dolje" se pojavljuju kada smo nekako orijentisani u gravitacionom polju, odnosno u gravitacionom polju. Čim se gravitacija smanji ili praktično nestane, koncepti „gore“ i „dole“ gube svoje značenje.
Sve se, međutim, menja tokom sletanja letelice. Sila gravitacije počinje da se manifestuje. Kada se brod približi Zemlji, astronaut se odmah sjeća gdje je gore, a gdje dolje. Svaka planeta, kao i svaka zvijezda, ima gravitacijsku silu. Ogromna gravitacija je sila koja drži devet planeta našeg Sunčevog sistema, uključujući Zemlju, u orbiti oko Sunca.
Pa zašto zvijezde ne padaju?
Zvijezde noćnog neba su kosmička tijela koja su trilioni i trilioni kilometara udaljena od nas. Privlačnost između njih i Zemlje je zanemarljiva. Ali ako bi se jednog dana ove zvijezde približile Zemlji, onda bi padale na zvijezde, privučene njihovom gigantskom gravitacijom, a ne obrnuto. Dakle, avaj! Zvijezde ne padaju i neće pasti na Zemlju. Na Zemlju padaju samo meteoriti - ovi komadi stijena ili leda koje su ljudi zamijenili za zvijezde. Romantično, ali pogrešno.
Ako pronađete grešku, odaberite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.
Zakon univerzalne gravitacije nam govori da su sva tijela u gravitacijskoj interakciji jedno s drugim, odnosno da se međusobno privlače. Štaviše, sila kojom jedno tijelo privlači drugo direktno je proporcionalna masi ovog tijela. Ako su mase tijela međusobno neuporedive, a jedno tijelo je stotine ili hiljade puta teže od drugog, onda će teže tijelo potpuno privući lakše.
Svaki dan vidimo da neki predmet pada na zemlju. Planeta Zemlja, kao fizičko tijelo, privlači sebi stvar koja je izgubila svoj oslonac.
Ali sama Zemlja se nalazi blizu još težeg nebeskog tijela - Sunca. Sunce je 333.000 puta veće od mase Zemlje, pa zašto Zemlja ne padne u Sunce?
Stvar je u tome da je sila kojom Zemlja privlači Sunce uravnotežena centrifugalnom silom koja djeluje na Zemlju dok se kreće u krugu oko Sunca.
Šta je centrifugalna sila
Centrifugalna sila je sila koja djeluje na tijela za vrijeme njihovog rotacionog kretanja u krugu. U ovom slučaju, rotirajuće tijelo teži da odleti od centra ovog kruga uz konstantno ubrzanje. Centrifugalno ubrzanje ovisi o brzini rotacije tijela. Što je veća brzina, veće je ubrzanje.
Slučaj u tački. Uzmite loptu okačenu na uzicu. U mirnom stanju, lopta, pod uticajem gravitacione sile Zemlje, visi na užetu u vertikalnom smeru naniže. Na nju djeluje sila gravitacije Zemlje. Samo zategnutost niti sprječava da potpuno padne na tlo.
Ako se lopta vrti u horizontalnoj ravni velikom brzinom, na nju će početi djelovati centrifugalna sila. Lopta više neće visjeti okomito prema dolje, već će se početi rotirati u horizontalnoj ravni i kao da se udaljava od centra rotacije. Možete čak i fizički osjetiti kako rotirajuća lopta rasteže uže. I ista sila zatezanja niti drži loptu blizu centra rotacije. Ako lopticu zavrtite do te brzine da centrifugalna sila postane veća od sile zatezanja niti, nit će se prekinuti i lopta će odletjeti pravolinijski okomito na polumjer svoje rotacije. Ali u isto vrijeme, neće se dalje rotirati, centrifugalna sila će nestati i, nakon malog leta, lopta će pasti na tlo (shvatite zašto).
Centrifugalna sila Zemljine rotacije
Slična interakcija se opaža kada se Zemlja kreće oko Sunca. Centrifugalna sila koja djeluje na Zemlju dok ona rotira, udaljava je od centra rotacije (odnosno od Sunca). Ali ako Zemlja prestane da se okreće oko Sunca i stane, Sunce će je povući prema sebi.
S druge strane, gravitaciona sila Sunca uravnotežuje centrifugalnu silu Zemljine rotacije. Sunce privlači Zemlju, Zemlja ne može da odleti iz centra svoje rotacije i kreće se u stalnoj orbiti oko Sunca. Ali ako se brzina rotacije Zemlje višestruko poveća, a centrifugalna sila premašuje gravitacijsku silu Sunca, tada će Zemlja poletjeti u svemir i letjeti kao kometa neko vrijeme dok ne padne pod gravitaciju drugog tijela. sa još većom masom.
Zemlja se, kao i druge planete, okreće oko Sunca u svojoj orbiti koja ima oblik elipse. Zakon gravitacije, dobro poznat iz školskog programa, navodi međusobnu privlačnost tako ogromnih astronomskih tijela kao što su Sunce i Zemlja.
Štaviše, tijelo sa manjom masom kreće se prema tijelu velike mase. Prema ovom zakonu, naša Zemlja mora pasti prema Suncu. Saznajmo zašto zemlja ne pada u sunce, a zbog koje sile sputavanja se to ne dešava!
Sila koja sprečava da planeta Zemlja padne na Sunce
Ispostavilo se da sam pad postoji, i to stalno! Da, Zemlja je u stalnom stanju pada prema Suncu. A da se Zemlja ne okreće oko Sunca, to bi se odavno dogodilo.
Suprotna sila koja sprečava pad nije ništa drugo do centrifugalna sila koja nastaje kao rezultat kretanja Zemlje u njenoj orbiti oko Sunca.
A ova sila je, kao što ste već pretpostavili, uvijek jednaka sili gravitacije. Odnosno, brzina od 30 km/s kojom se Zemlja kreće u svojoj orbiti stvara silu koja neprestano odstupa od putanje Zemljinog leta od okomitog pada prema Suncu.
Razmislite o tome koliko je ovaj mehanizam fino podešen, stvarajući ovu stalnu ravnotežu snaga koja postoji više od 5 milijardi godina. Da je brzina veća, stalno bismo se udaljavali od Sunca, a ako se smanjuje, upravo suprotno.
Proračun gravitacione sile između Zemlje i Sunca
Da li je moguće izračunati upravo tu silu privlačenja koja nastaje između Zemlje i Sunca? Svakako. Da biste to učinili, dovoljno je znati njihove mase, međusobne udaljenosti jedna od druge i konstantnu gravitacijsku konstantu. Vrijedi napomenuti da su udaljenosti između planeta i Sunca prosječne u referentnim knjigama. U stvari, zbog eliptičnog oblika orbita, ova udaljenost tokom godine je različita za svaku planetu u odnosu na Sunce.
Isti efekat tera druge planete Sunčevog sistema da budu u svojim orbitama. Razlika je samo u silama privlačenja. Svaka planeta ima svoju orbitalnu brzinu, koja stvara suprotnu centrifugalnu silu jednaku sili gravitacije.
Prvim korakom u proučavanju svojstava gravitacije može se smatrati otkriće Johannesa Keplera zakona o kretanju planeta oko Sunca.
Kepler je bio prva osoba koja je uspjela otkriti da se kretanje planeta oko Sunca odvija u elipsama, tj. izduženi krugovi. Također je otkrio zakon promjene brzine planete u zavisnosti od njenog položaja u orbiti i otkrio vezu koja povezuje periode okretanja planeta s njihovim udaljenostima od Sunca.
Međutim, Keplerovi zakoni, iako su omogućavali izračunavanje budućih i prošlih položaja planeta, ipak nisu govorili ništa o prirodi onih sila koje povezuju planete i Sunce u koherentan sistem i ne dozvoljavaju im da se rasprše u prostor. Tako su Keplerovi zakoni davali, da tako kažem, samo filmsku sliku Sunčevog sistema.
Međutim, već tada se pojavilo pitanje zašto se planete kreću i koja sila kontroliše ovo kretanje. Ali nije bilo moguće odmah dobiti odgovor. U to vrijeme, naučnici su pogrešno vjerovali da se bilo koji pokret, čak i ujednačen i pravolinijski, može dogoditi samo pod utjecajem sile. Stoga je Kepler tražio silu u Sunčevom sistemu koja "gura" planete i sprečava ih da se zaustave. Rješenje je došlo nešto kasnije, kada je Galileo Galilei otkrio zakon inercije, prema kojem brzina tijela na koje ne djeluju sile ostaje nepromijenjena, ili, preciznije rečeno: u slučajevima kada sile koje djeluju na tijela jednaka nuli, ubrzanje ovog tijela također je jednako nuli. Sa otkrićem zakona inercije, postalo je očigledno da u Sunčevom sistemu ne moramo tražiti silu koja „gura“ planete, već silu koja njihovo pravolinijsko kretanje „po inerciji“ pretvara u krivolinijsko.
Zakon djelovanja ove sile, sile gravitacije, otkrio je veliki engleski fizičar Isaac Newton kao rezultat proučavanja kretanja Mjeseca oko Zemlje. Njutn je uspeo da ustanovi da se sva tela međusobno privlače silom proporcionalnom njihovoj masi i obrnuto proporcionalnom kvadratu udaljenosti između njih. Pokazalo se da je ovaj zakon zaista univerzalni zakon prirode, koji djeluje kako u uslovima Zemlje i našeg Sunčevog sistema, tako i u svemiru među kosmičkim tijelima i njihovim sistemima.
Sa manifestacijama gravitacije, gravitacije, susrećemo se bukvalno na svakom koraku. Pad tijela na Zemlju, lunarne i solarne plime, okretanje planeta oko Sunca, interakcija zvijezda u zvjezdanim jatima - sve je to direktno povezano s djelovanjem gravitacijskih sila. S tim u vezi, zakon gravitacije dobio je naziv "univerzalni". Njegovo otkriće pomoglo je u razumijevanju niza fenomena, čiji su uzroci ranije bili nepoznati.
Kvantitativna strana zakona gravitacije dobila je brojne potvrde u preciznim matematičkim proračunima i astronomskim opservacijama. Dovoljno je prisjetiti se barem “teorijskog otkrića” Neptuna, osme planete Sunčevog sistema. Ovu novu planetu otkrio je francuski matematičar Le Verrier matematičkom analizom kretanja sedme planete Urana, koja je doživljavala "poremećaje" od tada nepoznatog nebeskog tijela.
Istorija ovog izuzetnog otkrića je veoma poučna. Kako se povećavala preciznost astronomskih opservacija, uočeno je da planete u svom kretanju oko Sunca primjetno odstupaju od Keplerovih orbita. Na prvi pogled se činilo da je to u suprotnosti sa zakonom gravitacije, što ukazuje na nepreciznost ili čak nepravilnost. Međutim, svaka kontradikcija ne opovrgava teoriju.
Postoje „izuzeci“ koji su u stvari i sami direktna posljedica zakona. One predstavljaju jednu od njegovih manifestacija, koja za sada izmiče našoj pažnji i samo još jednom svjedoči o svojoj pravednosti. Postoji čak i popularan izraz o ovome: “Izuzetak potvrđuje pravilo.” Proučavanje takvih „izuzetaka“ unapređuje naučna saznanja i omogućava dublje proučavanje ovog ili onog prirodnog fenomena.
Upravo to se dogodilo sa kretanjem planeta. Proučavanje neshvatljivih odstupanja planetarnih putanja od Keplerovih orbita na kraju je dovelo do stvaranja moderne "nebeske mehanike" - nauke sposobne unaprijed izračunati kretanje nebeskih tijela.
Da postoji samo jedna planeta koja se kreće oko Sunca, njena putanja bi se tačno poklopila sa orbitom izračunatom na osnovu zakona gravitacije. Međutim, u stvarnosti, devet velikih planeta se okreće oko naše dnevne svjetlosti, u interakciji ne samo sa Suncem, već i međusobno. Ovo međusobno privlačenje planeta dovodi do samih gore navedenih devijacija. Astronomi ih zovu "poremećaji".
Početkom 19. vijeka. Astronomi su poznavali samo sedam planeta koje kruže oko Sunca. Ali u kretanju sedme planete Urana otkriveni su strašni "poremećaji", koji se ne mogu objasniti privlačenjem sa poznatih šest planeta. Ostalo je pretpostaviti da je nepoznata "suburanska" planeta djelovala na Uran. Ali gdje se nalazi? Gde na nebu da ga tražimo? Francuski matematičar Le Verrier pokušao je da odgovori na ova pitanja.
Novu planetu, osmu od Sunca, niko nikada nije posmatrao. Ali uprkos tome, Le Verrier nije sumnjao da postoji. Naučnik je proveo mnogo dugih dana i noći radeći na svojim proračunima. Ako su ranija astronomska otkrića napravljena samo u opservatorijama, kao rezultat promatranja zvjezdanog neba, onda je Le Verrier tražio svoju planetu ne napuštajući svoju kancelariju. Jasno ga je vidio iza sređenih redova matematičkih formula, a kada je, prema njegovim uputama, Galle zapravo otkrio osmu planetu, nazvanu Neptun, Le Verrier, kažu, nije htio ni da je pogleda kroz teleskop.
Jednom rođena, nebeska mehanika je brzo osvojila počasno mjesto u svemirskim istraživanjima. Danas je to jedan od najpreciznijih odjeljaka astronomske nauke.
Dovoljno je spomenuti barem predračunavanje trenutaka pomračenja Sunca i Mjeseca. Znate li, na primjer, kada će se sljedeće potpuno pomračenje Sunca dogoditi u Moskvi? Astronomi mogu dati potpuno tačan odgovor. Ovo pomračenje počeće oko 11 sati 16. oktobra 2126. Nebeska mehanika pomogla je naučnicima da pogledaju 167 godina u budućnost i tačno odrede trenutak kada će Zemlja, Mesec i Sunce zauzeti takav položaj jedan u odnosu na drugog da Mesečev senka će pasti na teritoriju Moskve. Šta je sa proračunima kretanja svemirskih raketa i veštačkih nebeskih tela stvorenih ljudskom rukom? Oni su opet zasnovani na zakonu gravitacije.
Kretanje bilo kojeg nebeskog tijela u konačnici je u potpunosti određeno silom gravitacije koja djeluje na njega i brzinom koju posjeduje. Možemo reći da trenutno stanje sistema nebeskih tijela jasno definira njegovu budućnost. Stoga je glavni zadatak nebeske mehanike da, znajući relativne položaje i brzine bilo kojeg nebeskog tijela, izračuna njihova buduća kretanja u prostoru. Matematički, ovaj problem je veoma težak. Činjenica je da u bilo kojem sistemu pokretnih kosmičkih tijela postoji stalna preraspodjela masa, pa se zbog toga mijenja veličina i smjer sila koje djeluju na svako tijelo. Stoga, čak ni za najjednostavniji slučaj kretanja tri tijela koja djeluju, još uvijek ne postoji cjelovito matematičko rješenje. Tačno rješenje ovog problema, poznatog u "nebeskoj mehanici" kao "problem tri tijela", može se dobiti samo u određenim slučajevima, kada je moguće uvesti izvjesno pojednostavljenje. Sličan slučaj se događa, posebno, kada je masa jednog od tri tijela zanemarljiva u odnosu na mase ostalih.
Ali to je upravo situacija kada se računaju raketne orbite, na primjer, u slučaju leta na Mjesec. Masa letjelice je toliko mala u poređenju sa masama Zemlje i Lupea da se može zanemariti. Ova okolnost omogućava precizne proračune raketnih orbita.
Dakle, zakon djelovanja gravitacijskih sila nam je dobro poznat i uspješno ga koristimo za rješavanje niza praktičnih problema. Ali koji prirodni procesi određuju privlačenje tijela jedno prema drugom?