Гравитация

Гравитация

гравитацияТяготение это преобладающая сила во Вселенной. Она проявляется и в малых и в больших масштабах. Гравитация нужна нам, чтоб оставаться на Земле, она нужна, чтоб мы могли бегать и прыгать. Например, горнолыжник использует её силу, чтоб спуститься с горы. Гравитация действует на все предметы 24 часа в сутки. Любой предмет падает под её действием на землю со скоростью 9,8 метра в секунду. Все что обладает массой во Вселенной, порождает тяготение. Гравитация способна творить, разрушать, сминать и управлять всей материей.

От силы тяжести ничто не может ускользнуть, и она действует на весьма удаленные предметы. Тяготение удерживает нашу солнечную систему в целостности. Этот космический «клей» способен удерживать даже целые галактики. Если взять два игральных кубика и разместить их в космосе на расстоянии 1 см, то через час они сойдутся.

Наше Солнце возникло из огромного газового облака, которое сжалось под действием силы тяжести. Подобным образом возникла и наша Земля, когда небольшие частицы скапливались и соединялись в большое тело.

Для гравитации очень важны масса и расстояние между объектами. Сила пропорциональна произведению двух масс, то есть количеству материи в объектах. Другими словами, чем больше тело, тем сильнее оно притягивает другие тела. Даже в скоплении Галактик все они движутся вокруг общего скопления масс.

Уже много веков человечество ищет пользу от такой неугасаемой силы, как гравитация. Галилео Галилей открыл понятие тяготения, а также определил, что тела с разной массой падают на Землю с одинаковой скоростью. Сэр Исаак Ньютон увидел падающее яблоко, и это перевернуло мир науки. Он понял что луна, которая летает вокруг Земли, тоже падает на нее. Но разве может Луна упасть? Ньютон при помощи пороховой пушки и математики взялся решать эту задачу. Это открытие опубликовано в книге «Принципы математики» в 1687 году. Если выстрелить из пушки с достаточной мощностью, то ядро не успеет упасть, а вылетит на орбиту и будет летать уже вокруг Земли. Уже в то время Ньютон смог рассчитать, что необходимая скорость для этого составит 28 000 км/ч. Вот почему Луна не падает на Землю, она летит с достаточной скоростью вращения. Так же и Земля вокруг Солнца летит в свободном падении, но не падает.

Graviti 1

У любознательных людей теперь возникает вопрос, что будет с человеком, который попадет в тоннель пересекающий планету? Представим себе, что мы прорыли тоннель сквозь нашу Землю. И теперь отправили капсулу-экспресс, используя лишь силу тяготения. Поначалу капсула будет лететь к центру Земли с нарастающим ускорением, но пройдя центр, она начнет замедляться, пока не покажется с другой стороны тоннеля. Можно не бояться, что капсула вылетит с другого конца Земли, этого точно не произойдет, ведь сила тяготения всегда работает. Но самое поразительное здесь, что такой полет всегда будет занимать время в 42 минуты. Даже если прорыть тоннель не через всю Землю, а скажем через небольшой сектор, все равно полет займет 42 минуты.

Graviti 2

Великий физик всех времен Альберт Эйнштейн понял, что гравитация не только влияет на материю, но и искривляет само пространство-время. Подобно тяжелым листам резины, пространство искривляется рядом с массивными объектами. Эйнштейн считал, что орбиты планет и есть это искривление пространства. Тело на орбите двигается по множеству прямых линий, которые искривляются, чтоб получилась круглая основа орбиты. Это революционное открытие физики было совершено в 1910-х годах, когда было понятно, что все планеты и звезды в наблюдаемом Космосе ведут себя по законам Ньютона. Но вот Меркурий, первая планета от Солнца, ведет себя очень странно, и его орбиту можно объяснить только искривлением пространства. Эйнштейн убедил физиков что пространство и время взаимосвязаны, и о них нельзя говорить раздельно, он и ввел понятие пространство-время. Например, если вы договариваетесь с кем-то о встрече, то вам мало будет сказать, во сколько вы встретитесь, ещё надо знать, где вы встретитесь. Таким образом, пространство, время, материя, гравитация и скорость взаимосвязаны. Мысли Эйнштейна об искривленном пространстве легли в основу определения гравитации.

Понимание этих законов помогло человечеству покинуть Землю и отправится в Космос. Минимальная скорость, с которой надо лететь, для того чтоб покинуть нашу планету составляет 11 километров в секунду или 44 000 километров в час. Чтоб полететь намного дальше, скажем на Марс, необходимо использовать силу гравитации для ускорения. Сила тяжести дает нам два вида энергии: потенциальную и кинетическую. Потенциальная энергия может накапливаться, а кинетическая энергия это проявление потенциальной. Например, в парке аттракционов на американских горках, когда вагончик с людьми поднимается, он накапливает потенциальную энергию. Она растет, потому что тело поднимается. Когда вагончик спускается вниз, энергия становится кинетической.

В НАСА такую технологию используют для разгона космических аппаратов, это называется «гравитационный разгон». В 1979-1980 годах, когда запускали космический аппарат Вояджер, он использовал орбиты планет для развития скорости. Конечно, в масштабах Вселенной или хотя бы локально в нашей Галактике, такой разгон просто мизерный. Но для путешествия скажем на Марс этого достаточно.

Как я уже говорил гравитация и наш друг и враг одновременно. Наше тело создано таким образом, что без силы тяготения мы просто умрем. Для астронавтов, которые уже скоро полетят на Марс нужно сделать специальную центрифугу, которая будет обеспечивать организм необходимой силой тяжести с головы до ног. Это придаст нормальную работу сосудам и внутренним органам, а также опорно двигательному аппарату. Что тут скажешь, человек был создан именно для гравитации и именно под силу тяготения нашей Земли. На Марсе сила тяжести почти в три раза меньше Земной. Если человечество в будущем захочет колонизировать красную планету, то придётся изобретать виды растений, которые смогут расти при столь малой силе гравитации, а это очень сложный процесс.

Graviti 3

Гравитация движет потоки частиц в пространстве, и её действие направлено через всю Вселенную. По теориям Эйнштейна «Волны гравитации омывают Вселенную». Что такое гравитационная волна? Например, если две тяжелые звезды вращаются друг с другом, то искривление пространства, которые они делают, посылает волны в Космосе все стороны. Немного напоминает эффект когда по спокойной воде плывет катер. Абсолютно любая масса, будь то большая или совсем маленькая, порождает такие волны. Чтобы ученые смогли найти такие волны нужно, чтоб большое массивное тело в Космосе вызвало возмущение в пространстве. Самыми массивными являются черные дыры и нейронные звезды. Чтобы поймать такое возмущение ученые используют LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Две идентичные обсерватории находятся на расстоянии 3000 км друг от друга, для того чтоб сравнивать результаты и избежать погрешностей.

Принцип работы LIGO: очень точные зеркала стоят в точке опоры интерферометра, который сравнивает, длинны полученных световых волн, и определяет разницу между ними. Точный лазерный луч испускается и разделяется между двумя откалиброванными зеркалами. Потом лазерный луч проходит по двум тоннелям длинной по 4 км каждый и возвращается назад. Если длинна волн одинакова то луч лазера не сходит с зеркала, а замыкается сам в себя, но если длинны волн нарушаются тогда лазер попадает на специальный экран. Этот слабый сигнал диаметром тоньше человеческого волоса и есть подтверждение гравитационной волны.

Через 300 000 лет после Большого Взрыва Вселенная была настолько плотной, что даже свет не мог пройти сквозь неё, но гравитационные волны могли. Современные ученые занялись поисками несущей частички гравитации, гравитона. Но эта задача очень сложна.

Поистине гравитацию можно назвать правительницей Вселенной. Она создала Вселенную, и она её уничтожит. Если мы когда-то, разгадаем тайну этой неиссякаемой силы, то возможно и разгадаем секрет создания всего что есть.

Не стоит забывать что гравитация, как физическая сила, была создана Богом как и вся Вселенная!

Цените гравитацию ведь благодаря ей мы ходим по нашей Земле.

Leave A Reply