Гравитация

Министерство образования Республики Башкортостан

ГАОУ СПО «Уфимский топливно-энергетический колледж»

Специальность 140441

Самостоятельная работа на тему:
«Гравитационное поле. Вес и невесомость»

Выполнила: Кудинова Ирина студентка группы 1-Т.

Проверила: Биктимерова И.М.

Уфа-2013

СОДЕРЖАНИЕ

1. Гравитация………………………………………………………………...3.

2. Вес и невесомость………………………………………………...……....5.

3. Список использованных источников……………………………………7.

Гравитация.

Гравитационное поле, или поле тяготения - физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие.

Каждое тело (например, Земля) создает вокруг себя силовое поле — поле тяготения. Напряженность этого поля в любой его точке характеризует силу, которая действует на находящееся в этой точке другое тело.

Гравитационное взаимодействие описывается «законом всемирного тяготения» Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками с массами и пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Здесь - гравитационная постоянная, приблизительно равная м³/(кг с²), — расстояние между точками.

Для расчёта поля в более сложных случаях, когда тяготеющие массы нельзя считать материальными точками, можно воспользоваться тем фактом, что поле ньютоновского тяготения потенциально. Если обозначить плотность вещества ρ, то потенциал поля φ удовлетворяет уравнению Пуассона:

Вокруг Земли существует поле тяготения, обусловленное ее массой. Это поле называется гравитационным. Сила притяжения присуща как малым, так и крупным телам. Чем больше масса тела, тем мощнее его гравитационное поле. У поверхности Земли его среднее значение составляет около 9,8 м м/с^2.

С высотой напряженность поля уменьшается. Теоретически гравитационное поле Земли распространяется до бесконечности. Ближе к поверхности Земли сила тяготения приобретает несколько иной характер. Здесь проявляются силы, не только притягивают, но и отталкивают тела, находящиеся на поверхности Земли.

Практика показала, что классический закон всемирного тяготения позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать движения небесных тел. Однако ньютоновская теория содержала ряд серьёзных недостатков. Главный из них - необъяснимое дальнодействие: сила притяжения передавалась неизвестно как, через совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро. По существу ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания. Кроме того, если Вселенная, как тогда предполагали, евклидова и бесконечна, и при этом средняя плотность вещества в ней ненулевая, то возникает гравитационный парадокс: потенциал поля всюду обращается в бесконечность. В конце XIX века обнаружилась ещё одна проблема: заметное расхождение теоретического и наблюдаемого смещения перигелия Меркурия.

На протяжении более двухсот лет после Ньютона физики предлагали различные пути усовершенствования ньютоновской теории тяготения. Эти усилия увенчались успехом в 1915 году, с созданием общей теории относительности Эйнштейна, в которой все указанные трудности были преодолены. Теория Ньютона оказалась приближением более общей теории, применимым при выполнении двух условий:

Гравитационный потенциал в исследуемой системе не слишком велик (много меньше ).

Скорости движения в этой системе незначительны по сравнению со скоростью света.

В общей теории относительности гравитационное поле является не отдельным физическим понятием, а свойством пространства-времени, появляющимся в присутствии материи. Этим свойством является неевклидовость метрики (геометрии) пространства-времени, и материальным носителем тяготения является пространство-время. Тот факт, что гравитацию можно рассматривать, как проявление свойств геометрии четырёхмерного неевклидова пространства, без привлечения дополнительных понятий, есть следствие того, что все тела в поле тяготения получают одинаковое ускорение («принцип эквивалентности» Эйнштейна). Пространство-время при таком подходе приобретает физические атрибуты, которые влияют на физические объекты и сами зависят от них.

Пространство-время общей теории относительности представляет собой псевдориманово многообразие с переменной метрикой. Причиной искривления пространства-времени является присутствие материи, и чем больше её энергия, тем искривление сильнее.

Для определения метрики пространства-времени при известном распределении материи надо решить уравнения Эйнштейна.

Ньютоновская же теория тяготения представляет собой приближение обще теории относительности, которое получается, если учитывать только «искривление времени», то есть изменение временной компоненты метрики, (пространство в этом приближении евклидово). Распространение возмущений гравитации, то есть изменений метрики при движении тяготеющих масс, происходит с конечной скоростью, и дальнодействие в общей теории относительности отсутствует.

Другие существенные отличия гравитационного поля общей теории относительности от ньютоновского: возможность нетривиальной топологии пространства, особых точек, гравитационные волны.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 227; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!