Kot ena izmed temeljnih količin v fiziki je bila gravitacijska konstanta prvič omenjena v 18. stoletju. Hkrati so se začeli tudi prvi poskusi merjenja njegove vrednosti, a zaradi nepopolnosti inštrumentov in nezadostnega poznavanja tega področja je bilo to mogoče šele sredi 19. stoletja. Kasneje je bil dobljeni rezultat večkrat popravljen (v prejšnjič to je bilo storjeno leta 2013). Vendar je treba upoštevati, da obstaja temeljna razlika med prvim (G = 6,67428(67) 10 −11 m³ s −2 kg −1 ali N m² kg −2) in zadnjim (G = 6,67384( 80) 10 −11 m³ s −2 kg −1 ali N m² kg −2) vrednosti ne obstajajo.

Pri uporabi tega koeficienta za praktične izračune je treba razumeti, da je konstanta takšna v globalnih univerzalnih konceptih (če ne delate pridržkov glede fizike osnovnih delcev in drugih malo raziskanih znanosti). To pomeni, da se gravitacijska konstanta Zemlje, Lune ali Marsa med seboj ne bo razlikovala.

Ta količina je osnovna konstanta v klasični mehaniki. Zato je gravitacijska konstanta vključena v različne izračune. Zlasti brez informacij o bolj ali manj natančni vrednosti tega parametra znanstveniki ne bi mogli izračunati tako pomembnega koeficienta v vesoljski industriji, kot je pospešek prostega pada (ki bo za vsak planet ali drugo kozmično telo drugačen) .

Vendar pa je Newton, ki je izrazil splošni pogled, je bila gravitacijska konstanta znana le v teoriji. To pomeni, da je lahko oblikoval enega najpomembnejših fizikalnih postulatov, ne da bi imel informacije o količini, na kateri v bistvu temelji.

V nasprotju z drugimi temeljnimi konstantami lahko fizika le z določeno stopnjo natančnosti pove, čemu je enaka gravitacijska konstanta. Njegova vrednost se občasno ponovno pridobi in vsakič je drugačna od prejšnje. Večina znanstvenikov verjame, da to dejstvo ni posledica njegovih sprememb, temveč bolj banalnih razlogov. Prvič, to so merilne metode (za izračun te konstante se izvajajo različni poskusi), in drugič, natančnost instrumentov, ki postopoma narašča, podatki se izpopolnjujejo in dobimo nov rezultat.

Upoštevajoč dejstvo, da je gravitacijska konstanta količina, merjena z 10 na -11 potenco (kar je za klasično mehaniko izjemno majhna vrednost), konstantno izpopolnjevanje koeficienta ni presenetljivo. Poleg tega je simbol predmet korekcije od 14 decimalnih mest naprej.

Vendar pa obstaja v moderni valovna fizika druga teorija, ki sta jo v 70. letih prejšnjega stoletja podala Fred Hoyle in J. Narlikar. Po njihovih predpostavkah se gravitacijska konstanta sčasoma zmanjšuje, kar vpliva na številne druge kazalnike, ki veljajo za konstante. Tako je ameriški astronom van Flandern opazil pojav rahlega pospeška Lune in drugih nebesnih teles. V skladu s to teorijo je treba domnevati, da v zgodnjih izračunih ni bilo globalnih napak, razlika v dobljenih rezultatih pa je razložena s spremembami v vrednosti same konstante. Ista teorija govori o nekonstantnosti nekaterih drugih količin, kot npr

Ko je Newton odkril zakon univerzalne gravitacije, ni poznal niti ene številčne vrednosti za mase nebesnih teles, vključno z Zemljo. Prav tako ni poznal vrednosti konstante G.

Medtem ima gravitacijska konstanta G enako vrednost za vsa telesa v vesolju in je ena temeljnih fizikalnih konstant. Kako najti njen pomen?

Iz zakona univerzalne gravitacije sledi, da je G = Fr 2 /(m 1 m 2). To pomeni, da morate za iskanje G izmeriti privlačno silo F med telesi znanih mas m 1 in m 2 ter razdaljo r med njima.

Prve meritve gravitacijske konstante so bile opravljene sredi 18. stoletja. Takratno vrednost G je bilo mogoče oceniti, čeprav zelo grobo, kot rezultat upoštevanja privlačnosti nihala na goro, katere maso so določili z geološkimi metodami.

Natančne meritve gravitacijske konstante je leta 1798 prvi izvedel izjemen znanstvenik Henry Cavendish, bogati angleški lord, ki je bil znan kot ekscentrična in nedružabna oseba. S tako imenovano torzijsko tehtnico (slika 101) je Cavendish lahko izmeril zanemarljivo silo privlačnosti med majhnimi in velikimi kovinskimi kroglicami z uporabo kota zasuka niti A. Za to je moral uporabiti tako občutljivo opremo, da bi lahko celo šibki zračni tokovi popačili meritve. Zato je Cavendish, da bi izključil tuje vplive, svojo opremo postavil v škatlo, ki jo je pustil v sobi, sam pa je s teleskopom iz druge sobe opazoval opremo.

Eksperimenti so pokazali, da

G ≈ 6,67 10 –11 N m 2 /kg 2.

Fizični pomen gravitacijske konstante je, da je številčno enaka sili, s katero se privlačita dva delca z maso po 1 kg, ki se nahajata na razdalji 1 m drug od drugega. Ta sila se torej izkaže za izjemno majhno - le 6,67 · 10 –11 N. Je to dobro ali slabo? Izračuni kažejo, da če bi imela gravitacijska konstanta v našem vesolju vrednost, recimo 100-krat večjo od zgoraj navedene, bi to povzročilo dejstvo, da bi se življenjska doba zvezd, vključno s Soncem, močno skrajšala in inteligentno življenje na Zemlji bi nimam časa, da bi se pojavil. Z drugimi besedami, ti in jaz zdaj ne bi obstajala!

Majhna vrednost G pomeni, da je gravitacijska interakcija med navadnimi telesi, da ne omenjamo atomov in molekul, zelo šibka. Dve osebi, ki tehtata 60 kg, se na razdalji 1 m drug od drugega privlačita s silo, ki je enaka le 0,24 μN.

Z večanjem mase teles pa se povečuje vloga gravitacijske interakcije. Torej, na primer, moč medsebojna privlačnost Zemlja in Luna dosežeta 10 20 N, Zemljina privlačnost s Soncem pa je celo 150-krat močnejša. Zato je gibanje planetov in zvezd že povsem določeno z gravitacijskimi silami.

Med svojimi poskusi je Cavendish tudi prvič dokazal, da ne le planeti, ampak tudi običajni, ki nas obdajajo, Vsakdanje življenje telesa se privlačijo po istem gravitacijskem zakonu, ki ga je odkril Newton kot rezultat analize astronomskih podatkov. Ta zakon je v resnici zakon univerzalne gravitacije.

»Zakon gravitacije je univerzalen. Razteza se na velike razdalje. In Newton, ki ga je zanimal sončni sistem, bi lahko napovedal, kaj se bo izšlo iz Cavendishevega eksperimenta, kajti Cavendishevo ravnotežje, dve privlačni krogli, je majhen model solarni sistem. Če ga povečamo desetmilijonkrat, dobimo sončni sistem. Povečajmo ga še desetmilijonkrat - in tukaj imate galaksije, ki se privlačijo po enakem zakonu. Narava pri vezenju svojega vzorca uporablja le najdaljše niti in vsak, tudi najmanjši njen vzorec nam lahko odpre oči za zgradbo celote« (R. Feynman).

1. Kaj je to? fizični pomen gravitacijska konstanta? 2. Kdo je prvi izvedel natančne meritve te konstante? 3. Kaj vodi majhna vrednost gravitacijske konstante? 4. Zakaj, ko sedite poleg prijatelja za pisalno mizo, ne čutite privlačnosti do njega?

Zgodovina meritev

Gravitacijska konstanta se pojavlja v sodobnem zapisu zakona univerzalne gravitacije, vendar je do začetka 19. stoletja izrecno ni bilo pri Newtonu in delu drugih znanstvenikov. Gravitacijska konstanta v sedanji obliki je bila prvič uvedena v zakon univerzalne gravitacije, očitno šele po prehodu na enoten metrični sistem ukrepov. Morda je to prvi naredil francoski fizik Poisson v svoji Razpravi o mehaniki (1809), glede na vsaj Zgodovinarji niso identificirali nobenih prejšnjih del, v katerih bi se pojavila gravitacijska konstanta. Leta 1798 je Henry Cavendish izvedel poskus, da bi ugotovil srednje gostote Zemlja z uporabo torzijske tehtnice, ki jo je izumil John Michell (Philosophic Transactions 1798). Cavendish je primerjal nihanje nihala testnega telesa pod vplivom gravitacije kroglic z znano maso in pod vplivom zemeljske gravitacije. Številčno vrednost gravitacijske konstante so izračunali kasneje na podlagi povprečne gostote Zemlje. Točnost izmerjene vrednosti G od časa Cavendisha se je povečal, vendar je bil njegov rezultat že precej blizu sodobnemu.

Poglej tudi

Opombe

Povezave

• Gravitacijska konstanta- članek iz Velike sovjetske enciklopedije

Fundacija Wikimedia. 2010.

Oglejte si, kaj je "gravitacijska konstanta" v drugih slovarjih:

GRAVITACIJSKA KONSTANTA- (gravitacijska konstanta) (γ, G) univerzalna fizikalna. konstanta vključena v formulo (glej) ... Velika politehnična enciklopedija

- (označeno z G) sorazmernostni koeficient v Newtonovem gravitacijskem zakonu (glej univerzalni gravitacijski zakon), G = (6,67259.0,00085).10 11 N.m²/kg² … Veliki enciklopedični slovar

- (oznaka G), koeficient Newtonovega zakona GRAVITACIJE. Enako 6,67259,10 11 N.m2.kg 2 ... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

Fundamentalna fizika konstanta G, vključena v Newtonov gravitacijski zakon F=GmM/r2, kjer sta m in M ​​masi teles, ki se privlačijo (materialnih točk), r je razdalja med njimi, F je sila privlačnosti, G= 6,6720(41) X10 11 N m2 kg 2 (od leta 1980). Najbolj natančna vrednost G. p.... ... Fizična enciklopedija

gravitacijska konstanta- - Teme naftna in plinska industrija EN gravitacijska konstanta ... Priročnik za tehnične prevajalce

gravitacijska konstanta- gravitacijos konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. gravitacijska konstanta; gravitacijska konstanta vok. Gravitacije konstante, f rus. gravitacijska konstanta, f; konstanta univerzalne gravitacije, f pranc. konstante gravitacije, f … Fizikos terminų žodynas

- (označeno z G), sorazmernostni koeficient v Newtonovem zakonu gravitacije (glej Zakon univerzalne gravitacije), G = (6,67259 + 0,00085)·10 11 N·m2/kg2. * * * GRAVITACIJSKA KONSTANTA GRAVITACIJSKA KONSTANTA (označena z G), koeficient... ... enciklopedični slovar

Gravitacija je konstantna, univerzalna. fizično konstanta G, vključena v gripo, ki izraža Newtonov zakon gravitacije: G = (6,672 59 ± 0,000 85) * 10 11 N * m2 / kg2 ... Veliki enciklopedični politehnični slovar

Proporcionalni koeficient G v formuli, ki izraža Newtonov gravitacijski zakon F = G mM / r2, kjer je F sila privlačnosti, M in m sta masi teles, ki se privlačijo, r je razdalja med telesi. Druge oznake za G. p .: γ ali f (manj pogosto k2). Številčno... ... Velika sovjetska enciklopedija

- (označeno z G), koeficient. sorazmernost v Newtonovem gravitacijskem zakonu (glej Univerzalni gravitacijski zakon), G = (6,67259±0,00085) x 10 11 N x m2/kg2 ... Naravoslovje. enciklopedični slovar

knjige

• Vesolje in fizika brez “temne energije” (odkritja, ideje, hipoteze). V 2 zvezkih. 1. zvezek, O. G. Smirnov. Knjige so posvečene problemom fizike in astronomije, ki so v znanosti obstajali desetine in stotine let od G. Galilea, I. Newtona, A. Einsteina do danes. Najmanjši delci snovi in ​​planeti, zvezde in...

Gravitacijska konstanta ali drugače Newtonova konstanta je ena glavnih konstant, ki se uporablja v astrofiziki. Temeljna fizikalna konstanta določa moč gravitacijske interakcije. Kot je znano, je mogoče izračunati silo, s katero se privlači vsako od dveh teles, ki medsebojno delujeta moderna oblika Newtonov zakon univerzalne gravitacije:

• m 1 in m 2 - telesi, ki delujeta zaradi gravitacije
• F 1 in F 2 – vektorja gravitacijske privlačnosti, usmerjena proti nasprotnemu telesu
• r – razdalja med telesi
• G – gravitacijska konstanta

Ta sorazmernostni koeficient je enak modulu gravitacijske sile prvega telesa, ki deluje na drugo točkasto telo enote mase, z enoto razdalje med tema telesoma.

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

Očitno je ta formula široko uporabna na področju astrofizike in omogoča izračun gravitacijske motnje dveh masivnih vesoljskih teles, da se določi njuno nadaljnje obnašanje.

Newtonova dela

Omeniti velja, da v delih Newtona (1684-1686) gravitacijska konstanta ni bila izrecno odsotna, pa tudi v zapisih drugih znanstvenikov do konca 18. stoletja.

Isaac Newton (1643 - 1727)

Prej je bil uporabljen tako imenovani gravitacijski parameter, ki je bil enak produktu gravitacijske konstante in telesne mase. Iskanje takega parametra je bilo takrat bolj dostopno, zato je danes vrednost gravitacijskega parametra različnih kozmičnih teles (predvsem Osončja) bolj natančno znana kot posamezne vrednosti gravitacijske konstante in telesne mase.

µ = GM

Tukaj: µ — gravitacijski parameter, G je gravitacijska konstanta in M— masa predmeta.

Dimenzija gravitacijskega parametra je m 3 s −2.

Treba je opozoriti, da se vrednost gravitacijske konstante nekoliko spreminja tudi do danes, neto vrednost mase kozmičnih teles pa je bilo takrat precej težko določiti, zato je gravitacijski parameter našel širšo uporabo.

Cavendishev poskus

Eksperiment po definiciji točna vrednost Gravitacijsko konstanto je prvi predlagal angleški naravoslovec John Michell, ki je zasnoval torzijsko tehtnico. Toda preden je lahko izvedel poskus, je John Michell leta 1793 umrl in njegova instalacija je prešla v roke Henryja Cavendisha, britanskega fizika. Henry Cavendish je izboljšal nastalo napravo in izvedel poskuse, katerih rezultati so bili objavljeni leta 1798. znanstvena revija z naslovom "Filozofske transakcije Kraljeve družbe".

Henry Cavendish (1731 - 1810)

Eksperimentalna postavitev je bila sestavljena iz več elementov. Najprej je vključeval 1,8-metrski zibalnik, na katerega konca so bile pritrjene svinčene krogle z maso 775 g in premerom 5 cm, ki je bil obešen na 1-metrski bakreni niti. Nekoliko višje od pritrdišča navoja, natančno nad njegovo osjo vrtenja, je bila nameščena druga vrteča se palica, na koncih katere sta bili togo pritrjeni dve krogli z maso 49,5 kg in premerom 20 cm.Središča vseh štirih žoge morajo ležati v isti ravnini. Zaradi gravitacijske interakcije bi morala biti opazna privlačnost majhnih kroglic k velikim. S takšno privlačnostjo se nit žarka zasuka do določenega trenutka, njena elastična sila pa mora biti enaka gravitacijski sili kroglic. Henry Cavendish je izmeril silo gravitacije z merjenjem odklonskega kota zibalne roke.

Bolj vizualni opis poskusa je na voljo v spodnjem videu:

Za pridobitev natančne vrednosti konstante se je moral Cavendish zateči k številnim ukrepom za zmanjšanje vpliva zunanjih fizikalnih dejavnikov na natančnost eksperimenta. Pravzaprav Henry Cavendish ni izvedel poskusa, da bi ugotovil vrednost gravitacijske konstante, ampak da bi izračunal povprečno gostoto Zemlje. Da bi to naredil, je primerjal tresljaje telesa, ki jih povzroča gravitacijska motnja krogle z znano maso, in tresljaje, ki jih povzroča gravitacija Zemlje. Precej natančno je izračunal vrednost gostote Zemlje - 5,47 g/cm 3 (danes natančnejši izračuni dajejo 5,52 g/cm 3). Po različnih virih je bila vrednost gravitacijske konstante, izračunane iz gravitacijskega parametra ob upoštevanju gostote Zemlje, ki jo je pridobil Coverdish, G = 6,754 10 −11 m³/(kg s²), G = 6,71 10 −11 m³. /(kg s²) ali G = (6,6 ± 0,04) 10 −11 m³/(kg s²). Še vedno ni znano, kdo je prvi prejel številčna vrednost Newtonova konstanta iz del Henryja Coverdisha.

Merjenje gravitacijske konstante

Najzgodnejša omemba gravitacijske konstante kot ločene konstante, ki določa gravitacijsko interakcijo, je bila najdena v Traktatu o mehaniki, ki ga je leta 1811 napisal francoski fizik in matematik Simeon Denis Poisson.

Izmeri se gravitacijska konstanta razne skupine znanstvenikov do danes. Hkrati kljub obilici tehnologij, ki so na voljo raziskovalcem, eksperimentalni rezultati dajejo različne pomene dana konstanta. Iz tega bi lahko sklepali, da morda gravitacijska konstanta pravzaprav ni konstantna, ampak lahko spreminja svojo vrednost skozi čas ali od kraja do kraja. Če pa se vrednosti konstante razlikujejo glede na rezultate poskusov, je bila nespremenljivost teh vrednosti v okviru teh poskusov že preverjena z natančnostjo 10 -17. Poleg tega se po astronomskih podatkih konstanta G v zadnjih nekaj sto milijonih let ni bistveno spremenila. Če se Newtonova konstanta lahko spreminja, potem njena sprememba ne bo presegla odstopanja 10 -11 - 10 -12 na leto.

Omeniti velja, da je poleti 2014 skupina italijanskih in nizozemskih fizikov skupaj izvedla eksperiment za merjenje gravitacijske konstante povsem drugačne vrste. Pri poskusu so bili uporabljeni atomski interferometri, ki omogočajo spremljanje vpliva Zemljine gravitacije na atome. Tako dobljena vrednost konstante ima pogrešek 0,015 % in je enaka G= 6,67191(99) × 10 −11 m 3 s −2 kg −1.

GRAVITACIJSKA KONSTANTA- sorazmernostni koeficient G v obliki, ki opisuje zakon gravitacije.

Številska vrednost in dimenzija geometrijske točke sta odvisni od izbire sistema enot za merjenje mase, dolžine in časa. G. p. G, ki ima dimenzijo L 3 M -1 T -2, kjer je dolžina L, utež M in čas T izraženo v enotah SI, se običajno imenuje Cavendish GP Določeno je v laboratorijskem poskusu. Vse poskuse lahko razdelimo v dve skupini.

V prvi skupini poskusov gravitacijska sila. interakcijo primerjamo z elastično silo niti horizontalnih torzijskih tehtnic. So lahek rocker, na koncih katerega so pritrjene enake testne mase. Gugalna roka je gravitacijsko obešena na tanko elastično nit. polje referenčnih mas. Magnituda gravitacije interakcija preskusne in standardne mase (in posledično vrednost G. p.) se določi bodisi s kotom zasuka niti (statična metoda) bodisi s spremembo frekvence torzijske tehtnice pri premikanju standardne mase (dinamična metoda). G. je prvič identificiral H. Cavendish z uporabo torzijskih tehtnic leta 1798.

V drugi skupini poskusov gravitacijska sila. primerjamo interakcije, za kar uporabimo vzvodne lestvice. G. p. je na ta način prvi opredelil F. Jolly leta 1878.

Vrednost Cavendisha G. p., vključno z medn. astr. združitev v sistem Aster. trajno (SAP) 1976, Krim se uporablja še danes, pridobila sta ga leta 1942 P. Heyl in P. Chrzanowski v ameriškem nacionalnem uradu za mere in standarde. V ZSSR je bil G. p. prvič opredeljen v Državnem astronomskem inšpektoratu. Inštitut poimenovan po P. K. Sternberg (SAI) na Moskovski državni univerzi.

V vseh sodobnih Za določitev Cavendishevega G. p. (tabela) so bile uporabljene torzijske tehtnice. Poleg zgoraj omenjenih so bili uporabljeni tudi drugi načini delovanja torzijskih tehtnic. Če se referenčne mase vrtijo okoli osi torzijske niti s frekvenco, ki je enaka frekvenci lastnih nihanj tehtnice, potem lahko po resonančni spremembi amplitude torzijskih nihanj ocenimo vrednost torzijskega nihanja (resonančna metoda ). Sprememba dinamike metoda je rotacijska metoda, pri kateri se platforma skupaj z na njej nameščenimi torzijskimi tehtnicami in referenčnimi masami vrti s konstantno hitrostjo. ang. hitrost.

Podano v tabeli. rms napake kažejo notranje konvergenco vsakega rezultata. Določena razlika v vrednostih GP, pridobljenih v različnih poskusih, je posledica dejstva, da določanje GP zahteva absolutne meritve in so zato možne sistematične meritve. napake v oddelku rezultate. Očitno lahko zanesljivo vrednost G.p. dobimo le z upoštevanjem razgradnje. definicije.

Tako v Newtonovi teoriji gravitacije kot v Einsteinovi splošni teoriji relativnosti (GTR) je gravitacija obravnavana kot univerzalna konstanta narave, ki se ne spreminja v prostoru in času in je neodvisna od fizike. in kem. lastnosti okolja in gravitacijske mase. Obstajajo različice teorije gravitacije, ki napovedujejo spremenljivost gravitacijskega polja (na primer Diracova teorija, skalarno-tenzorske teorije gravitacije). Nekateri modeli podaljšanega supergravitacija(kvantna posplošitev splošne teorije relativnosti) napovedujejo tudi odvisnost magnetnega polja od razdalje med medsebojno delujočimi masami. Vendar trenutno razpoložljivi opazovalni podatki in posebej zasnovani laboratorijski poskusi še ne omogočajo odkrivanja sprememb GP.

Lit.: Sagitov M.U., Konstanta gravitacije in, M., 1969; Sagitov M.U. et al., Nova definicija Cavendisheve gravitacijske konstante, "DAN SSSR", 1979, v. 245, str. 567; Milyukov V.K., Ali se spreminja? gravitacijska konstanta?, "Narava", 1986, št. 6, str. 96.