KZ

Что такое гравитация и как она работает

Космонавт в скафандре в открытом космосе
Что такое гравитация: Freepick

Что такое гравитация и как она работает, узнаем еще в школе. Многие помнят историю о том, как яблоко оказалось на голове Ньютона, в результате чего ученый открыл закон всемирного тяготения. Однако явление гравитации не такое простое, как может показаться на первый взгляд.

Что такое гравитация и история ее открытия

Термин «гравитация» имеет латинское происхождение. Он произошел от слова gravitas, что означает ‘вес’. Также известно слово «гравитировать», которое описывает процесс, когда объекты притягиваются друг к другу. Именно эта сила удерживает нас на Земле, а саму планету удерживает в определенном пространстве Солнечной системы.

Какое дают определение гравитации? Это сила, притягивающая тела друг к другу. Все, что состоит из материи, то есть все, до чего можно дотронуться, обладает гравитационным притяжением. Это и человек, и планета, и яблоко.

Избежать действия гравитационной силы невозможно. Даже на космонавтов, которые в космосе находятся в невесомости, она влияет. Только очень быстрое движение помогает им сохранять постоянное состояние свободного падения.

Пытливое человечество на протяжении тысяч лет интересовалось гравитацией, как пишет в исследовании «Гравитация и Вселенная» Р. Дикке:

  • Жители Древней Греции верили, что сила, которая притягивает предметы к Земле, — это их внутренняя тяжесть, а не внешняя сила. Поэтому тяжелое тело человека стремится к поверхности планеты, а легкий огонь устремляется в небо.
  • Ученые Древней Индии утверждали, что некая сила держит объекты на Земле, хотя сама она находится в центре Вселенной.
  • В 600-х годах н. э. математик Брахмагупта впервые дал описание гравитации как силы притяжения.
  • В эпоху Возрождения изыскания продолжились: Галилей бросал предметы разного веса с Пизанской башни, чтобы изучить процессы падения. В результате опытов он выяснил, что разные объекты во время падения ускоряются с равной скоростью.
  • Исследователи Гримальди и Риччоли рассчитали гравитационную постоянную. Полученные знания начали применять астрономы, чтобы рассчитывать орбиты известных планет.
Мужчина останавливает рукой падающие цветные блоки
Падение предметов и гравитация: Freepick

Прорывом в описании гравитации стал закон всемирного тяготения авторства Исаака Ньютона. Легенда гласит, что на голову ученого с дерева упало яблоко. После этого случая он задумался о силе, которая заставляет предметы падать на землю. Свои мысли Ньютон выразил математически и показал, что:

  • чем крупнее объекты, тем сильнее притяжение между ними;
  • чем больше между ними расстояние, тем слабее гравитация.

Движение некоторых планет, например Меркурия, с помощью этого закона классической физики объяснить не удавалось.

Научные поиски продолжились, и позже Эйнштейн, благодаря своей теории общей относительности, изменил взгляды физиков на понятие гравитации. Эта теория объясняет воздействие гравитации не как силу, а как кривую в пространстве-времени, возникающую рядом с крупными объектами. Эти гипотезы помогли объяснить необычную орбиту Меркурия.

Исследования гравитации продолжаются и сейчас, после того как теория относительности объяснила некоторые несоответствия в ньютоновской гравитации. Вселенная предлагает ученым тайны, которые они пока не в силах объяснить. Так, гравитация не сочетается с теорией квантовых полей. Продолжаются исследования того, как эта сила взаимодействует с другими фундаментальными силами.

Изучение гравитации имеет практическое применение. С помощью космических аппаратов НАСА отслеживаются изменения гравитации Земли, благодаря чему ученые фиксируют изменения уровня морей и земной коры.

Принципы работы гравитации и почему она важна

Гравитация имеет очень большое значение. Благодаря этой силе предметы не только удерживаются на Земле, но и имеют вес. На планетах, где гравитационная тяга меньше, вес уменьшится. Гравитация была необходима для создания Вселенной, а сейчас служит стабилизирующей силой:

  • Газы, которые существуют во Вселенной, притягиваются друг к другу под действием этой силы и объединяются, создавая крупные объекты — звезды и планеты, галактики. Возможно, именно эта сила стабилизировала частицы после Большого взрыва, который породил Вселенную.
  • Благодаря гравитации Луны происходят приливы и отливы на водных просторах Земли.
  • Сила гравитации помогает удерживать Землю на фиксированном расстоянии от Солнца. Она также держит на месте атмосферу, которая дает всем живым организмам воздух для дыхания и защищает их от излучения Солнца.

На то, как работает гравитация, влияет масса объектов и расстояние между ними:

  1. Степень гравитации для любого предмета пропорциональна его массе. Чем крупнее объект, тем больше его гравитация. Так как наша планета — самый крупный и ближайший объект, то на все действует ее гравитационное притяжение. Это объясняет, почему яблоко падает на землю, а не притягивается, например, к голове человека.
  2. Расстояние воздействует на выраженность гравитации. Когда предмет находится далеко, то гравитационное притяжение становится слабее. Так, на космических просторах можно найти точку, где гравитация Марса сильнее, чем у Земли.
Солнце, Земля и Луна
Движение Земли: Freepick

На современном этапе развития физики говорят о четырех фундаментальных силах во Вселенной: гравитации, электромагнитном, слабом и сильном взаимодействиях. Эти силы влияют на движение объектов и фактически определяют, как будет взаимодействовать все во Вселенной.

Гравитация считается самой слабой из них, но ее легко увидеть и почувствовать, а по масштабам воздействия она очень влиятельна. Гравитация — фактор, который заставляет людей ходить по Земле, одновременно удерживает планеты на их орбитах вокруг Солнца, а само Солнце на его месте в Галактике.

Если внезапно по какой-то причине гравитация исчезнет, то все предметы, которые не прикреплены к поверхности Земли, продолжат движение вслед за движением планеты и быстро окажутся на просторах космоса:

  • Первым нас покинет слой атмосферы, а также воды океанов, рек и озер.
  • Люди, которые в этот миг будут на улице, навсегда покинут Землю.
  • Те, кто окажется внутри помещений, сумеет задержаться, благодаря тому что здания обычно углублены в грунт и некоторое время еще будут оставаться на месте.

Как отмечает сотрудница Портсмутского университета Карен Мастерс, такие процессы в конечном итоге разрушили бы планету, так как не осталось бы силы, которая могла удерживать ее в виде единого целого.

Такова могущественная и загадочная сила — гравитация. Ее воздействие люди испытывают на себе каждую секунду и часто мечтают ее преодолеть. На самом деле без воздействия гравитации наша жизнь оказалась бы невозможной.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1912954-chto-takoe-gravitatsiya-i-kak-ona-rabotaet/