Главная Статьи Новости Обратная связь Форум                              Каталог статей 1   Каталог статей 2

 

Навигация

Случайная статья

Фазы Луны

19:21 15.Окт.2014

21:57 23.Окт.2014

02:40 31.Окт.2014

22:24 06.Ноя.2014


Rambler's Top100

Партнёры:

Сборник статей

Эксперементальное обнаружение притяжения между материальными телами на Земле.

Взаимное притяжение между материальными телами было обнаружено впервые, так сказать, "на небе". Но закон Ньютона относится ко всем материальным частицам, нзависимо от их местонахождения, и потому притяжение должно существовать и между земными телами. Такое притяжение действительно было обнаружено в XVIII в., через 50 лет после открытия Ньютона. В 1735-1738 гг. французкие ученые Бугер и Лакондамин во время научной экспедиции в Южной Америке заметили, что вблизи гор отвес отклоняется в сторону этих горизмерения отклонений отвеса. Сравнивая направление отвеса по обе стороны узкого горного хребта Шегалиен в Пертшайре (Шотландия), Маскелайн нашел, что эти направления отличаются примерно на 24", т.е. притяжение горы отклоняло отвес примерно на 12". Легко было подсчитать, какую силу надо приложить к шарику на конце отвеса, чтобы этот отвес отклонился на 12".
Сравнивая эту силу с весом шарика, можно было определить, насколько сильнее шарик притягивается всей Землей, чем горой. С другой стороны, по размерам горы и ее предполагаемой плотности можно было оценить массу горы, а затем и численное значение постянной тяготения f в метрической системе едениц и массу всей Земли (скажем, в граммах или тоннах).
Это первое определение абсолютной массы Земли было еще неточным, так как оценка массы горы оставалась весьма сомнительной. Более точные опыты провел в 1798 г. английский ученый Кавендиш, который измерял притяжение маленького шарика не горой, а тяжелыми свинцовыми шарами, массы которых были хорошо известны. При этих измерениях он использовал крутильные весы,основной частью которых является тонкий горизонтальный стержень с шариками на концах, подвешенный на тонкой упругой нити

Если поднести к маленьким шарикам с разных сторон тяжелые свинцовые шары, то маленькие шарики будут притягиваются к большим, весь стержень повернется и нить закрутится. По величине закручивания нити определяется сила, действующая на маленькие шарики.д Сравнивая эту силу с весом шариков, т.е. с силой притяжения иэ Землей, можно вычислить, во сколько раз Земля притягивает сильнее, а следовательно, во сколько раз масса Земли больше массы больших шаров. Кавендиш нашел что f=6,74 ∙ 10-8 см3 (г∙с2), а масса Земли равна 6∙1021т. Это было первое надежное определение постоянной f в "земной" системе единиц, и оно оказалось весьма точным. С тех пор опыты по определению постоянной f (ее называют сейчас кавендишевой гравитационной постоянной) проводились неоднократно. Эти опыты, использующие весьма сложную аппаратуру, но основанные, главным образом, на принципе крутильных весов, привели к уточнению значения f только на 1%. В принятой в 1976 г. системе астрономических постоянных (см. §17) f=6.672*10-11M3/кг ∙с2 с возможной погрешностью ± 0,004∙ 10-11, что соответствует массе Земли 5,974 ∙ 1021т. Последние определения постоянной f выполнены в 1978 г.
(в СССР): f=(6.745± 0.0008) ∙ 10-11 м3/(кг∙с2)
и в 1982 г. (в США): f=6.726±0.0005) ∙ 10-11 м3/(кг∙с2).
С учетом приведенных возможных погрешностей эти последние значения все же не согласуются друг с другом. Таким образом, постоянная тяготения Кавендиша f остается пока известной с малой относительной точностью, с гораздо меньшей, чем многие другие физические постоянные, например скорсть света. Задача о более точном определении этой постоянной еще далеко не снята с повестки дня.
Зная массу Земли, можно рассчитать силу притяжения между любыми материальными телами. Рассчитаем, например, с какой силой должны притягиваться два шара с массами 1 кг каждый, находящиеся на расстоянии 10 см друг от друга.
Так как радиус Земли близок к 6000 км или 6 ∙108 см, то сила притяжения наших шаров меньше силы притяжения этих шаров Землей в
(10/6∙108)2∙((6∙1021)/0.001))≈ 1 600 000 000 раз.

Земля притягивает эти шары с силой в 1 кг∙с, а их взаимное притяжение примерно в полтора миллиарда раз меньше и составляет около шести десятимилионных долей грамма-силы.
Аналогичным путем можно расчитать, что два судна вдоизмещением в 10 000 т, проходя мимо друг друга на расстоянии 100 м, притягиваются друг к другу с силой 60 г∙ с.
Приведенные числа показывают, насколько малы силы притяжения между земными телами; поэтому мы не замечаем действия этих сил в повседневной жизни. Но эти силы все же присутствуют, и их изучение привело к возникновению новой "земной " науки. Дело в том, что ускорение свободного падения на поверхности Земли, обусловленное силой притяжения Земли, не остается всюду постоянным. оно изменяется с изменением расстояния притягиваемой частицы до центра Земли. Так как Земля сплющена у полюсов и ее экваториальный радиус больше полярного, то на экваторе ускорение свободного падения несколько меньше, чем у полюсов. Различные пункты, в которых измеряется ускорение свободного падения, могут находится на различной высоте над уровнем моря.
Данные об изменениях ускорения свободного падения на разных широтах и долготах позволяют определить изменение расстояния до центра Земли, а следовательно, и ее точную фотму.
Однако, если учесть и высоту над уровнем моря, и изменения, связанные с формой Земли, то оказывается, что ускорение свободного падения испытывает в некоторых местностях дополнительные отклонения. Это- так называемые аномалии силы тяжести. Они вызываются тем, что верхние слои земной коры неоднородны. В них могут залегать местами тяжелые, местами легкие породы.
В первом случае ускорение свободного падения будет несколько больше среднего, а во втором -меньше среднего для данной месности. По величене и характеру аномалий силы тяжести можно судить ораспределении пород различной плотности в земной коре. Можно как бы заглядывать внутрь Земли и рисовать картину ее геологического строения. Это позволяет предсказывать, где следует вести поиски тех или иных полезных ископаемых.
Измерением ускорения свободного падения но Земле занимается наука гравиметрия. На примере возникновения этой науки мы видим, как закон, открытый "в небе", широко применяется при изучении чисто земных вопросов. Это служит наглядной иллюстрацией того, что нет деления на "земное" и " небесное", что природа едина, что повсюду во Вселенной действуют одни и те же законы природы.




При любом использовании материалов сайта, гиперссылка (hyperlink) на http://astro.wx1.ru/ обязательна.
Кравцов Виктор © 2007-2010