Като една от основните величини във физиката, гравитационната константа се споменава за първи път през 18 век. По същото време са направени първите опити за измерване на неговата стойност, но поради несъвършенството на инструментите и недостатъчните познания в тази област това е възможно едва в средата на 19 век. По-късно полученият резултат беше коригиран няколко пъти (в последен пъттова беше направено през 2013 г.). Все пак трябва да се отбележи, че има фундаментална разлика между първия (G = 6,67428(67) 10 −11 m³ s −2 kg −1 или N m² kg −2) и последния (G = 6,67384( 80) 10 −11 m³ s −2 kg −1 или N m² kg −2) стойности не съществуват.

Когато използвате този коефициент за практически изчисления, трябва да се разбере, че константата е такава в глобалните универсални концепции (ако не правите резерви за физиката на елементарните частици и други малко проучени науки). Това означава, че гравитационната константа на Земята, Луната или Марс няма да се различават една от друга.

Това количество е основна константа в класическата механика. Следователно гравитационната константа участва в различни изчисления. По-специално, без информация за повече или по-малко точната стойност на този параметър, учените не биха могли да изчислят такъв важен коефициент в космическата индустрия като ускорението на свободното падане (което ще бъде различно за всяка планета или друго космическо тяло) .

Въпреки това, Нютон, който озвучи общ изглед, гравитационната константа е била известна само на теория. Тоест, той успя да формулира един от най-важните физически постулати, без да разполага с информация за количеството, на което по същество се основава.

За разлика от други фундаментални константи, физиката може да каже само с определена степен на точност на какво е равна гравитационната константа. Стойността му периодично се получава отново и всеки път е различна от предишната. Повечето учени смятат, че този факт не се дължи на неговите промени, а на по-банални причини. Първо, това са методи за измерване (извършват се различни експерименти за изчисляване на тази константа), и второ, точността на инструментите, която постепенно се увеличава, данните се прецизират и се получава нов резултат.

Като се вземе предвид факта, че гравитационната константа е величина, измерена с 10 на -11 степен (което е изключително малка стойност за класическата механика), постоянното усъвършенстване на коефициента не е изненадващо. Освен това символът подлежи на корекция, като се започне от 14 знака след десетичната запетая.

Има обаче в съвременното вълнова физикадруга теория, представена от Фред Хойл и Дж. Нарликар през 70-те години на миналия век. Според техните предположения, гравитационната константа намалява с течение на времето, което се отразява на много други показатели, които се считат за константи. Така американският астроном ван Фландърн отбеляза феномена на леко ускорение на Луната и други небесни тела. Водени от тази теория, трябва да се приеме, че в ранните изчисления не е имало глобални грешки и разликата в получените резултати се обяснява с промени в стойността на самата константа. Същата теория говори за непостоянството на някои други величини, като напр

Когато Нютон открива закона за всемирното притегляне, той не знае нито една числена стойност за масите на небесните тела, включително Земята. Той също не знаеше стойността на константата G.

Междувременно гравитационната константа G има една и съща стойност за всички тела във Вселената и е една от основните физически константи. Как човек може да намери значението му?

От закона за всемирното притегляне следва, че G = Fr 2 /(m 1 m 2). Това означава, че за да намерите G, трябва да измерите силата на привличане F между тела с известни маси m 1 и m 2 и разстоянието r между тях.

Първите измервания на гравитационната константа са направени в средата на 18 век. Беше възможно да се оцени, макар и много грубо, стойността на G по това време в резултат на разглеждане на привличането на махало към планина, чиято маса беше определена чрез геоложки методи.

Точните измервания на гравитационната константа са извършени за първи път през 1798 г. от забележителния учен Хенри Кавендиш, богат английски лорд, известен като ексцентричен и необщителен човек. Използвайки така наречената торсионна везна (фиг. 101), Кавендиш успя да измери незначителната сила на привличане между малки и големи метални топки, използвайки ъгъла на усукване на нишката А. За да направи това, той трябваше да използва толкова чувствително оборудване, че дори слаби въздушни течения можеха да изкривят измерванията. Ето защо, за да изключи външни влияния, Кавендиш постави оборудването си в кутия, която остави в стаята, а самият той извърши наблюдения на оборудването с помощта на телескоп от друга стая.

Експериментите са показали, че

G ≈ 6,67 10 –11 N m 2 /kg 2.

Физическият смисъл на гравитационната константа е, че тя е числено равна на силата, с която се привличат две частици с маса 1 kg всяка, намиращи се на разстояние 1 m една от друга.Следователно тази сила се оказва изключително малка - само 6,67 · 10 –11 N. Това добре ли е или лошо? Изчисленията показват, че ако гравитационната константа в нашата Вселена имаше стойност, да речем, 100 пъти по-голяма от дадената по-горе, това би довело до факта, че животът на звездите, включително Слънцето, рязко ще намалее и интелигентният живот на Земята би нямам време да се покажа. С други думи, ти и аз нямаше да съществуваме сега!

Малка стойност на G означава, че гравитационното взаимодействие между обикновените тела, да не говорим за атомите и молекулите, е много слабо. Двама души с тегло 60 kg на разстояние 1 m един от друг се привличат със сила, равна само на 0,24 μN.

Въпреки това, с увеличаване на масите на телата, ролята на гравитационното взаимодействие се увеличава. Така например силата взаимно привличанеЗемята и Луната достигат 10 20 N, а привличането на Земята към Слънцето е дори 150 пъти по-силно. Следователно движението на планетите и звездите вече е напълно обусловено от гравитационните сили.

По време на експериментите си Кавендиш за първи път доказва, че не само планетите, но и обикновените, които ни заобикалят Ежедневиетотелата се привличат според същия закон на гравитацията, който е открит от Нютон в резултат на анализ на астрономически данни. Този закон наистина е законът на всемирното притегляне.

„Законът на гравитацията е универсален. Разпростира се на огромни разстояния. И Нютон, който се интересуваше от слънчевата система, можеше да предвиди какво ще излезе от експеримента на Кавендиш, тъй като балансът на Кавендиш, две привличащи се топки, е малък модел слънчева система. Ако го увеличим десет милиона милиона пъти, ще получим слънчевата система. Нека го увеличим още десет милиона милиона пъти – и ето ви галактики, които се привличат една друга по същия закон. Когато бродира своя модел, Природата използва само най-дългите нишки и всеки, дори и най-малкият, образец от него може да отвори очите ни за структурата на цялото” (Р. Файнман).

1. Какво е това? физически смисългравитационна константа? 2. Кой е първият, който прави точни измервания на тази константа? 3. До какво води малката стойност на гравитационната константа? 4. Защо, седейки до приятел на бюро, не се чувствате привлечени от него?

История на измерванията

Гравитационната константа се появява в съвременната нотация на закона за всемирното привличане, но изрично отсъства от Нютон и работата на други учени до началото на 19 век. Гравитационната константа в сегашната си форма е въведена за първи път в закона за всемирното привличане, очевидно едва след прехода към единна метрична система от мерки. Може би това е направено за първи път от френския физик Поасон в неговия Трактат по механика (1809 г.), според понеИсториците не са идентифицирали никакви по-ранни работи, в които да се появи гравитационната константа. През 1798 г. Хенри Кавендиш провежда експеримент, за да определи средна плътностЗемята използва торсионна везна, изобретена от Джон Мишел (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнява трептенията на махалото на тестово тяло под въздействието на гравитацията на топки с известна маса и под въздействието на гравитацията на Земята. Числената стойност на гравитационната константа е изчислена по-късно въз основа на средната плътност на Земята. Точност на измерената стойност Жот времето на Кавендиш тя се е увеличила, но неговият резултат вече е доста близо до съвременния.

Вижте също

Бележки

Връзки

• Гравитационна константа- статия от Голямата съветска енциклопедия

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "гравитационна константа" в други речници:

ГРАВИТАЦИОННА КОНСТАНТНА- (гравитационна константа) (γ, G) универсална физическа. константа, включена във формулата (вижте) ... Голяма политехническа енциклопедия

- (обозначен с G) коефициент на пропорционалност в закона на Нютон за гравитацията (виж Универсалния закон за гравитацията), G = (6.67259.0.00085).10 11 N.m²/kg² … Голям енциклопедичен речник

- (означение G), коефициент на закона на Нютон за ГРАВИТАЦИЯТА. Равно на 6,67259,10 11 N.m2.kg 2 ... Научно-технически енциклопедичен речник

Фундаментална физика. константа G, включена в закона за гравитацията на Нютон F=GmM/r2, където m и M са масите на привличащите се тела (материални точки), r е разстоянието между тях, F е силата на привличане, G= 6.6720(41) X10 11 N m2 kg 2 (от 1980 г.). Най-точната стойност на G. p.... ... Физическа енциклопедия

гравитационна константа- - Теми нефтена и газова индустрия EN гравитационна константа ... Ръководство за технически преводач

гравитационна константа- gravitacijos konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. гравитационна константа; гравитационна константа vok. Gravitations konstante, f rus. гравитационна константа, f; константа на всемирната гравитация, f пранц. константа на гравитацията, f … Fizikos terminų zodynas

- (обозначено с G), коефициентът на пропорционалност в закона на Нютон за гравитацията (виж Закона за всемирното привличане), G = (6,67259 + 0,00085)·10 11 N·m2/kg2. * * * ГРАВИТАЦИОННА КОНСТАНТНА ГРАВИТАЦИОННА КОНСТАНТНА (означена с G), коефициент... ... енциклопедичен речник

Гравитацията е постоянна, универсална. физически константа G, включена в грипа, изразяваща закона на гравитацията на Нютон: G = (6,672 59 ± 0,000 85) * 10 11 N * m2 / kg2 ... Голям енциклопедичен политехнически речник

Коефициентът на пропорционалност G във формулата, изразяваща закона на Нютон за гравитацията F = G mM / r2, където F е силата на привличане, M и m са масите на привличащите се тела, r е разстоянието между телата. Други обозначения за G. p .: γ или f (по-рядко k2). Числен...... Велика съветска енциклопедия

- (обозначено с G), коеф. пропорционалност в закона на Нютон за гравитацията (виж Закона за универсалната гравитация), G = (6,67259±0,00085) x 10 11 N x m2/kg2 ... Естествени науки. енциклопедичен речник

Книги

• Вселената и физиката без „тъмна енергия” (открития, идеи, хипотези). В 2 тома. Том 1, О. Г. Смирнов. Книгите са посветени на проблемите на физиката и астрономията, които съществуват в науката от десетки и стотици години от Г. Галилей, И. Нютон, А. Айнщайн до наши дни. Най-малките частици материя и планети, звезди и...

Гравитационната константа или иначе константата на Нютон е една от основните константи, използвани в астрофизиката. Фундаменталната физическа константа определя силата на гравитационното взаимодействие. Както е известно, може да се изчисли силата, с която се привлича всяко от двете взаимодействащи си тела модерна формаЗаконът на Нютон за всемирното привличане:

• m 1 и m 2 - тела, взаимодействащи чрез гравитацията
• F 1 и F 2 – вектори на гравитационно привличане, насочени към противоположното тяло
• r – разстоянието между телата
• G – гравитационна константа

Този коефициент на пропорционалност е равен на модула на гравитационната сила на първото тяло, което действа върху второ точково тяло с единична маса, с единично разстояние между тези тела.

Ж= 6,67408(31) 10 −11 m 3 s −2 kg −1, или N m² kg −2.

Очевидно тази формула е широко приложима в областта на астрофизиката и позволява да се изчисли гравитационното смущение на две масивни космически тела, за да се определи по-нататъшното им поведение.

Трудовете на Нютон

Трябва да се отбележи, че в трудовете на Нютон (1684-1686) гравитационната константа изрично отсъства, както и в записите на други учени до края на 18 век.

Исак Нютон (1643 - 1727)

Преди това се използваше така нареченият гравитационен параметър, който беше равен на произведението на гравитационната константа и масата на тялото. Намирането на такъв параметър по това време беше по-достъпно, следователно днес стойността на гравитационния параметър на различни космически тела (главно Слънчевата система) е по-точно известна от индивидуалните стойности на гравитационната константа и масата на тялото.

µ = GM

Тук: µ — гравитационен параметър, Же гравитационната константа и М— маса на обекта.

Размерът на гравитационния параметър е m 3 s −2.

Трябва да се отбележи, че стойността на гравитационната константа варира донякъде дори и до днес, а нетната стойност на масите на космическите тела по това време беше доста трудна за определяне, така че гравитационният параметър намери по-широко приложение.

Експеримент Кавендиш

Експериментирайте по дефиниция точна стойностГравитационната константа е предложена за първи път от английския натуралист Джон Мишел, който проектира торсионен баланс. Въпреки това, преди да успее да извърши експеримента, Джон Мишел умира през 1793 г. и инсталацията му преминава в ръцете на Хенри Кавендиш, британски физик. Хенри Кавендиш подобри полученото устройство и проведе експерименти, резултатите от които бяха публикувани през 1798 г. научно списаниеозаглавен „Философски трудове на Кралското общество“.

Хенри Кавендиш (1731 - 1810)

Експерименталната постановка се състоеше от няколко елемента. На първо място, тя включваше 1,8-метрова кобилица, към краищата на която бяха прикрепени оловни топки с маса 775 г и диаметър 5 см. Кобилицата беше окачена на 1-метрова медна нишка. Малко по-високо от закрепването на конеца, точно над оста му на въртене, беше монтиран друг въртящ се прът, към краищата на който бяха здраво закрепени две топки с маса 49,5 kg и диаметър 20 cm.Центрите на четирите топките трябваше да лежат в една равнина. В резултат на гравитационното взаимодействие трябва да се забележи привличането на малки топки към големи. При такова привличане нишката на лъча се усуква до определен момент и нейната еластична сила трябва да бъде равна на гравитационната сила на топките. Хенри Кавендиш измерва силата на гравитацията чрез измерване на ъгъла на отклонение на кобилицата.

По-визуално описание на експеримента е достъпно във видеоклипа по-долу:

За да получи точната стойност на константата, Кавендиш трябваше да прибегне до редица мерки за намаляване на влиянието на външни физически фактори върху точността на експеримента. Всъщност Хенри Кавендиш провежда експеримента не за да открие стойността на гравитационната константа, а за да изчисли средната плътност на Земята. За да направи това, той сравнява вибрациите на тялото, причинени от гравитационното смущение на топка с известна маса, и вибрациите, причинени от гравитацията на Земята. Той доста точно изчислява стойността на плътността на Земята - 5,47 g/cm 3 (днес по-точните изчисления дават 5,52 g/cm 3). Според различни източници стойността на гравитационната константа, изчислена от гравитационния параметър, като се вземе предвид плътността на Земята, получена от Coverdish, е G = 6,754 10 −11 m³/(kg s²), G = 6,71 10 −11 m³ /(kg s²) или G = (6,6 ± 0,04) 10 −11 m³/(kg s²). Все още не е известно кой е получил първи числова стойностКонстантата на Нютон от трудовете на Хенри Ковърдиш.

Измерване на гравитационната константа

Най-ранното споменаване на гравитационната константа, като отделна константа, която определя гравитационното взаимодействие, е намерено в Трактата по механика, написан през 1811 г. от френския физик и математик Симеон Денис Поасон.

Измерва се гравитационната константа различни групиучени до днес. В същото време, въпреки изобилието от технологии, достъпни за изследователите, експерименталните резултати дават различни значениядадена константа. От това можем да заключим, че може би гравитационната константа всъщност не е постоянна, но може да променя стойността си с течение на времето или от място на място. Въпреки това, ако стойностите на константата се различават според резултатите от експериментите, тогава неизменността на тези стойности в рамките на тези експерименти вече е проверена с точност от 10 -17. Освен това, според астрономически данни, константата G не се е променила значително през последните няколкостотин милиона години. Ако константата на Нютон може да се променя, тогава нейната промяна няма да надвишава отклонение от 10 -11 - 10 -12 на година.

Трябва да се отбележи, че през лятото на 2014 г. група италиански и холандски физици съвместно проведоха експеримент за измерване на гравитационна константа от съвсем различен тип. Експериментът използва атомни интерферометри, които позволяват да се наблюдава влиянието на земната гравитация върху атомите. Така получената стойност на константата е с грешка 0,015% и е равна на Ж= 6,67191(99) × 10 −11 m 3 s −2 kg −1 .

ГРАВИТАЦИОННА КОНСТАНТНА- коефициент на пропорционалност Жвъв формата, описваща закон на гравитацията.

Числената стойност и размерът на геометричната точка зависят от избора на системата от единици за измерване на маса, дължина и време. G. p. G, имащ измерението L 3 M -1 T -2, където е дължината Л, тегло Ми време Tизразено в единици SI, обичайно е да се нарича Cavendish GP.Определя се в лабораторен експеримент. Всички експерименти могат да бъдат разделени на две групи.

В първата група експерименти гравитационната сила. взаимодействието се сравнява с еластичната сила на нишката на хоризонталните торсионни везни. Те представляват лека кобилица, в краищата на която са фиксирани равни тестови маси. Кобилицата е окачена гравитационно на тънка еластична нишка. поле на еталонни маси. Големината на гравитацията взаимодействието на тестовите и стандартните маси (и следователно стойността на G. p.) се определя или от ъгъла на усукване на нишката (статичен метод), или от промяната в честотата на торсионния баланс при движение на стандартни маси (динамичен метод). G. е идентифициран за първи път от Х. Кавендиш с помощта на торсионни везни през 1798 г.

Във втората група експерименти гравитационната сила. сравняват се взаимодействията, за които се използват лостови скали. G. p. е дефиниран за първи път по този начин от F. Jolly през 1878 г.

Стойността на Cavendish G. p., включваща Int. астр. обединение в системата Aster. постоянен (SAP) 1976, Крим се използва и до днес, получен през 1942 г. от P. Heyl и P. Chrzanowski в Националното бюро за мерки и стандарти на САЩ. В СССР G. p. е определен за първи път в Държавната астрономическа инспекция. Институт на името на P. K. Sternberg (SAI) в Московския държавен университет.

Във всички модерни За определяне на Cavendish G. p. (таблица) са използвани торсионни везни. В допълнение към горепосочените бяха използвани и други режими на работа на торсионните везни. Ако референтните маси се въртят около оста на торсионната нишка с честота, равна на честотата на естествените трептения на везните, тогава чрез резонансната промяна в амплитудата на торсионните колебания може да се прецени стойността на торсионните колебания (резонансен метод ). Модификация на динамика методът е ротационният метод, при който платформата, заедно с торсионните везни и еталонните маси, монтирани върху нея, се върти с постоянна скорост. анг. скорост.

Дадено в табл. RMS грешки показват вътрешни конвергенция на всеки резултат. Известно несъответствие в стойностите на GP, получени в различни експерименти, се дължи на факта, че определянето на GP изисква абсолютни измервания и следователно са възможни систематични измервания. грешки в отдела резултати. Очевидно надеждна стойност на G.p може да се получи само като се вземе предвид разлагането. дефиниции.

Както в теорията на гравитацията на Нютон, така и в общата теория на относителността (ОТО) на Айнщайн, гравитацията се разглежда като универсална константа на природата, която не се променя в пространството и времето и е независима от физиката. и хим. свойства на околната среда и гравитиращи маси. Има версии на теорията на гравитацията, които предсказват променливостта на гравитационното поле (например теорията на Дирак, скаларно-тензорните теории на гравитацията). Някои модели на разширени свръхгравитация(квантово обобщение на общата теория на относителността) предсказват и зависимостта на магнитното поле от разстоянието между взаимодействащите си маси. Въпреки това наличните в момента данни от наблюдения, както и специално разработените лабораторни експерименти, все още не позволяват да се открият промени в GP.

Лит.:Сагитов М.У., Константа на гравитация и, М., 1969; Сагитов М. У. и др., Ново определение на гравитационната константа на Кавендиш, "ДАН СССР", 1979 г., т. 245, с. 567; Милюков В.К., Променя ли се? гравитационна константа?, "Природа", 1986, № 6, с. 96.