Защо тела с различни маси падат с еднаква скорост във вакуум
Това е един от контраинтуитивните аспекти на физиката, като се има предвид, че това не е така в ежедневието. Ако оставя люспичка и метална топка да паднат на земята, люспичката ще пристигне по-късно. Това е ежедневен опит и е в основата на общото мислене. Но когато премахнем въздушното триене, когато провеждаме този експеримент във вакуум, нещата се променят: телата се ускоряват до земята по подобен начин и пристигат по едно и също време. Как е възможно това? Какво е обяснението? Ето защо това е така. Два статизирани експеримента, един на Луната и един във вакуумна камера, са включени в статията, за да илюстрират математическата демонстрация.
Предлагаме ви, на първо място, отлично обяснение, предоставено от един от посетителите на сайта, с много отлични приноси в раздела за осигуряване на качеството на сайта:
„Взимаме три еднакви тела (монети, камъни и др.). Ако ги оставим да паднат едновременно от една и съща височина, те ще достигнат пода едновременно.
Сега вземаме две от трите тела и ги залепваме заедно. Взимаме единичното тяло и двойното тяло и ги оставяме да падат едновременно от една и съща височина. Каква причина двойното тяло ще трябва да пада по-бързо или по-бавно от преди?
Земята привлича двете си половини толкова силно, колкото преди, и спойката не може да има ефект на ускоряване или забавяне на падането, защото действа само между половинките.
В резултат на това удвояването на телесната маса не влияе върху скоростта на падане. "
Така че можем да кажем, че ако две тела с еднаква тежест падат с еднаква скорост, тогава всички обекти, независимо от теглото, падат с еднаква скорост.
Гравитационна маса и инерционна маса
Но нека да обясним какво се случва, като се обърнем към теорията на Нютон (и формулата) за гравитационното привличане, както и към (всички) закона на Нютон за движението.
Математически израз на закона за гравитационното привличане то е
където,
G - е константа, наречена гравитационна константа,
М - е масата на тялото, което упражнява гравитационно привличане (на Земята, в нашия случай)
m1 - е "гравитационната маса" на въпросния обект
r - разстоянието между двете тела (Земята и тялото, „привлечено“ към Земята, с което експериментираме)
Формулата на закона за движението (вторият закон на динамиката)
където
м2 - е "инерционната маса" на обекта, ще кажете, че тялото не може да има две маси, "инерционна маса" и "гравитационна маса", но това е доказано от Айнщайн, а именно, че двете маси са равни. различни формули).
на - това е ускорението на тялото.
оказва се, че
Заменяща сила F със стойността във формулата на гравитационната сила, която ще имаме
Както се вижда от горната формула, ускорението на тялото при свободно падане в гравитационно поле, във вакуум зависи от:
G - гравитационна константа (която не се променя);
М - масата на Земята (която не се променя);
r - разстоянието между двете тела.
m1 - гравитационната маса на тялото
м2 - инерционна телесна маса
Така че, ако m1 = m2, тогава ускорението на дадено тяло не зависи от неговата маса, телата падат свободно в гравитационно поле, във вакуум, падащи със същата скорост.
Ако вместо това m1 е различно от м2, тогава нещата се променят, определено.
Айнщайн беше този, който имаше изключителната интуиция да наблюдава еквивалентността между двете маси и в резултат установи това, което се нарича "принципа на еквивалентностМоже да не сте много впечатлени от това откритие, поради което си струва да споменете, че цялото скеле обща теория на относителността, което на практика обяснява движението на телата във Вселената, има за последица кривината на пространство-времето, съществуването гравитационни вълни, съществуването на черни дупки и др. - се основава на тази проста констатация.
Но така ли е? Дали двете маси наистина са еквивалентни? (За всяка теория, която не е експериментално доказана, остава само теория.) Експериментите показват, че ДА. По-долу има две експериментални демонстрации.
Проверка на теорията за Луната
В края на последния лунен излет на мисията Аполо 15 (НАСА), командирът на мисията Дейвид Скот направи демонстрация на живо за падането на телата в условия на липса на атмосфера. Използвал е тежък предмет, чук с тегло 1,32 кг и клин от сокол от 0,03 кг, който едновременно е пуснал в лунната почва от височина около 1,6 метра. Както се вижда от записа по-долу, двата предмета, чукът и перото, достигат до земята едновременно.
Проверка на теорията във вакуумна камера
И така, какъв е отговорът, накратко, на въпроса „Защо яйцата с различни маси падат с еднаква скорост?“ Отговорът е: тъй като гравитационната маса на даден обект е равна на инерционната му маса. Не очаквате такъв отговор, нали? Ако сте разбрали малкото изложена математика, тогава можете да обясните на другите физическия феномен, обяснен в тази статия.
Ето го, най-сетне, както обяснява самият Айнщайн падащи тела в гравитационно поле:
Можете да коментирате използване на акаунта на сайта, от FB, Twitter или Google или като посетител (без регистрация). За посетителите коментарите са умерени (одобрени от администратор).