История открытия закона всемирного тяготения




Реферат

По предмету:

«Введение в авиационную и ракетно-космическую технику»

 

На тему:

Сила тяготения. Модели гравитационного поля Земли.

 

 

Работу выполнили:

студенты 1 курса очного отделения

группы М30-124Б-18
Гурьев Алексей Владимирович
Егоршев Никита (отчество)

 

Принял преподаватель:

Зайцев Александр Владимирович

 

 

Москва 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ3

ГЛАВА I. СИЛА ТЯГОТЕНИЯ

· 1.1 История открытия закона всемирного тяготения4

· 1.2 Физический смысл силы тяготения. Сила тяжести7

· 1.3 Гравитационное поле

· 1.4 Гравитационные аномалии

 

 


ВВЕДЕНИЕ

Во время полета летательного аппарата на него оказывают влияние множество различных сил (в общем случае – и их моментов). В качестве основных можно выделить такие силы, как силы притяжения Земли и других небесных тел, аэродинамические силы, как результат взаимодействия ЛА со средой, в которой происходит движение, аэростатические силы, силы тяги двигателей, установленных на ЛА, а также дополнительные силы, например, силы реакций при взаимодействии ЛА с другими телами (аппаратами или их частями) при старте, разделении ступеней и т.п.

Сила тяготения, в отличие от той же силы тяги двигательной установки или сил органов управления, действует постоянно, вне зависимости от расстояния до крупных небесных тел, являющихся источниками мощных гравитационных полей. Так как сам процесс полета основан на преодолении силы тяготения, то верный расчет её воздействия на летательный аппарат в воздухе позволяет максимально точно задать траекторию движения летательного аппарата из точки А в точку Б.

В первой главе данной работы подробно рассмотрена во всех аспектах сила тяготения, в первую очередь – закон всемирного тяготения, история его открытия и последующего его совершенствования.

Во второй главе речь пойдет о моделях гравитационного поля Земли, графических изображениях, позволяющих узнать силу притяжения тел в определенной точке пространства на Земле.

 


 

ГЛАВА I. СИЛА ТЯГОТЕНИЯ

История открытия закона всемирного тяготения

 

Еще в 1665 году 23-летний Ньютон высказал предположение, что силы, удерживающие Луну на ее орбите, и силы, заставляющие яблоко падать на Землю, есть силы одной природы. По его гипотезе между всеми телами Вселенной действуют силы притяжения (гравитационные силы), направленные по линии, соединяющей центры масс. Примерно в это же время были сформулированы идеи теории тяготения.

В последующие годы Ньютон пытался найти физическое объяснение законам движения планет, открытых астрономом И. Кеплером в начале XVII века, и дать количественное выражение для гравитационных сил. Зная, как движутся планеты, Ньютон хотел определить, какие силы на них действуют. Такой путь носит название обратной задачи механики. Если основной задачей механики является определение координат тела известной массы и его скорости в любой момент времени по известным силам, действующим на тело, и заданным начальным условиям (прямая задача механики), то при решении обратной задачи необходимо определить действующие на тело силы, если известно, как оно движется. Решение этой задачи и привело Ньютона к открытию закона всемирного тяготения.

 

Вообще, история открытия закона всемирного тяготения тесно связанна с трудом «Математические начала натуральной философии» (1687). В этой работе Ньютон смог вывести рассматриваемый закон, благодаря эмпирическому закону Кеплера (гармоническому закону), уже бывшему к тому времени известным:

Третий (гармонический) закон Кеплера.
Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит планет.

{\displaystyle {\frac {T_{1}^{2}}{T_{2}^{2}}}={\frac {a_{1}^{3}}{a_{2}^{3}}}}где T1{\displaystyle T_{1}} и {\displaystyle T_{2}}T2 — периоды обращения двух планет вокруг Солнца,
a1 и a2 - длины больших полуосей их орбит.

Утверждение справедливо также для спутников.

 

Он нам показывает, что: форма движения любой видимой планеты свидетельствует о наличии центральной силы; сила притяжения центрального типа образует эллиптические или гиперболические орбиты.

Примечание: Ньютон установил, что гравитационное притяжение планеты определённой массы зависит только от расстояния до неё, а не от других свойств, таких, как состав или температура. Он показал также, что третий закон Кеплера не совсем точен — в действительности в него входит и масса планеты:

,где M – масса Солнца, m1 и m2 – массы планет.

 

Идеи закона, подобного тому, что открыл, описал и сопроводил весомой доказательной базой И. Ньютон, выдвигались и другими учеными, жившими задолго до него. Размышления посещали Эпикура, Кеплера, Декарта, Роберваля, Гассенди, Гюйгенса и других. Так, Кеплер выдвигал предположение о том, что сила тяготения имеет обратную пропорцию расстоянию от звезды Солнца и распространение имеет лишь в эклиптических плоскостях; по мнению Декарта, она была последствием деятельности вихрей в толще эфира. Существовал ряд догадок, который содержал в себе отражение правильных догадок о зависимости от расстояния.

Теория Ньютона имела ряд существенных отличий от гипотез предшественников. Ньютон не просто опубликовал предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель:

· закон тяготения;

· закон движения (второй закон Ньютона);

· система методов для математического исследования (математический анализ).

В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел и тем самым создаёт основы небесной механики.

 

 

После того, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, его необходимо было проверить и доказать множество раз. Для этого совершались ряды расчетов и наблюдений. Придя к согласию с его положениями и исходя из точности его показателя, экспериментальная форма оценивания служит ярким подтверждением Основной Теории Относительности (ОТО) Эйнштейна.

Опыты по измерению квадрупольного взаимодействия вращающегося тела и неподвижной антенны показали, что процесс наращивания δ зависит от потенциала r -(1+δ), на расстоянии в несколько метров и находится в пределе (2,1±6,2)•10-3. Ряд других практических подтверждений позволили этому закону утвердиться и принять единую форму, без наличия модификаций.

Примечание: В 2007 г. данную догму перепроверили на расстоянии, меньшем сантиметра (55 мкм-9,59 мм). Учитывая погрешности эксперимента, ученые исследовали диапазон расстояния и не обнаружили явных отклонений в этом законе.

 

Последующие двести лет, и даже больше, множеством ученых-физиков были предприняты попытки предложить разнообразные способы по усовершенствованию теории Ньютона. Данные усилия окончились триумфом, совершенным в 1915 году, а именно созданием ОТО. В согласии с принципом соответствия теория Ньютона оказалась приближением к началу работы над теорией в более общем виде, которое можно применять при наличии определенных условий:

 

1. Потенциал гравитационной природы не может быть слишком большим в исследуемых системах. Солнечная система является примером соблюдения всех правил по движению небесного типа тел. Релятивистское явление находит себя в заметном проявлении смещения перигелия.

2. Показатель скорости движения в данной группе систем является незначительным в сравнении со световой скоростью.

 

Доказательством того, что в слабом стационарном поле гравитации расчеты ОТО принимают форму ньютоновых, служит наличие скалярного потенциала гравитации в стационарном поле со слабо выраженными характеристиками сил, который способен удовлетворить условия уравнения Пуассона.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-02-10 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: