Prečo telesá s rôznymi hmotnosťami padajú vo vákuu rovnakou rýchlosťou
Je to jeden z protiintuitívnych aspektov fyziky, pretože to tak nie je v každodennom živote. Ak nechám vločku a kovovú guľu spadnúť na zem, vločka dorazí neskôr. Toto je každodenná skúsenosť a je to základ spoločného myslenia. Ale keď eliminujeme trenie vzduchu, keď urobíme tento vákuový experiment, veci sa zmenia: telesá akcelerujú na zem podobným spôsobom a prichádzajú súčasne. Ako je to možné? Aké je vysvetlenie? Tu je dôvod, prečo je to tak. Tento článok ilustruje dva matematické experimenty, jeden na Mesiaci a jeden vo vákuovej komore.
Ponúkame vám v prvom rade vynikajúce vysvetlenie poskytnuté jedným z návštevníkov stránky s mnohými vynikajúcimi príspevkami v sekcii QA stránky:
„Vezmeme tri identické telá (mince, kamene atď.). Ak ich necháme spadnúť súčasne z rovnakej výšky, dostanú sa na podlahu v rovnakom čase.
Teraz vezmeme dve z troch tiel a zlepíme ich dokopy. Vezmeme jedno telo a dvojité telo a necháme ich spadnúť súčasne z rovnakej výšky. Aký dôvod by muselo dvojité telo padať rýchlejšie alebo pomalšie ako predtým?
Zem priťahuje svoje dve polovice tak silno ako predtým a spájka nemôže mať žiadny vplyv na zrýchlenie alebo spomalenie pádu, pretože pôsobí iba medzi polovicami.
Výsledkom je, že zdvojnásobenie hmotnosti tela nemá vplyv na rýchlosť jeho poklesu. ““
Môžeme teda povedať, že ak dve telá rovnakej hmotnosti padajú rovnakou rýchlosťou, potom všetky objekty bez ohľadu na váhu padajú rovnakou rýchlosťou.
Gravitačná hmotnosť a zotrvačná hmotnosť
Poďme si však vysvetliť, čo sa stane, apelovať na Newtonovu teóriu (a vzorec) gravitačnej príťažlivosti, ako aj na Newtonov (všetky) zákon pohybu.
Matematické vyjadrenie zákona gravitačnej príťažlivosti to je
kde,
G - je konštanta nazývaná gravitačná konštanta,
M - je hmotnosť tela, ktorá vyvíja gravitačnú príťažlivosť (v našom prípade Zeme)
m1 - je „gravitačná hmotnosť“ predmetného objektu
R - vzdialenosť medzi dvoma telami (Zem a telo „prilákali“ k Zemi, s ktorými experimentujeme)
Vzorec zákona pohybu (druhý zákon dynamiky)
kde
m2 - je „zotrvačná hmotnosť“ objektu, poviete, že teleso nemôže mať dve hmotnosti, „zotrvačnú hmotnosť“ a „gravitačnú hmotnosť“, ale preukázal to Einstein, a to, že tieto dve hmotnosti sú rovnaké. rôzne vzorce).
z - je to zrýchlenie tela.
ukazuje sa, že
Výmena sily F s hodnotou vo vzorci gravitačnej sily, ktorú budeme mať
Ako je zrejmé z vyššie uvedeného vzorca, zrýchlenie telesa pri voľnom páde v gravitačnom poli vo vákuu závisí od:
G - gravitačná konštanta (ktorá sa nemení);
M - hmotnosť Zeme (ktorá sa nemení);
R - vzdialenosť medzi týmito dvoma telesami.
m1 - gravitačná hmotnosť tela
m2 - zotrvačná telesná hmotnosť
Takže ak m1 = m2, potom zrýchlenie telesa nezávisí od jeho hmotnosti, telesá vo voľnom páde v gravitačnom poli, vo vákuu, padajúce rovnakou rýchlosťou.
Ak namiesto m1 sa líši od m2, potom sa veci určite zmenia.
Einstein bol ten, kto mal mimoriadnu intuíciu sledovať ekvivalenciu medzi týmito dvoma masami a vo výsledku ustanovil to, čo sa nazýva „zásada rovnocennostiTento objav vás možno príliš nezaujal, a preto stojí za zmienku, že celé lešenie všeobecná teória relativity, ktorá prakticky vysvetľuje pohyb telies vo vesmíre, má za následok zakrivenie časopriestoru, existencie gravitačné vlny, existencia čiernych dier atď. - je založené na tomto jednoduchom zistení.
Ale sú také veci v skutočnosti? Sú si tieto dve masy skutočne rovnocenné? (Každá teória, ktorá nie je experimentálne dokázaná, zostáva iba teóriou.) Pokusy ukázali, že ÁNO. Ďalej sú uvedené dve experimentálne ukážky.
Overenie teórie na Mesiaci
Na konci posledného mesačného výstupu misie Apollo 15 (NASA) predviedol veliteľ misie David Scott živú ukážku pádu tiel v podmienkach nedostatku atmosféry. Použil ťažký predmet, kladivo s hmotnosťou 1,32 kg a sokolový klin s hmotnosťou 0,03 kg, ktorý súčasne vypustil na mesačnú pôdu z výšky asi 1,6 metra. Ako je zrejmé z nižšie uvedeného záznamu, dva objekty, kladivo a pierko, sa dostanú na zem súčasne.
Kontrola teórie vo vákuovej komore
Aká je teda odpoveď, skrátka, na otázku „Prečo vajcia rôznych hmôt padajú rovnakou rýchlosťou?“ Odpoveď je: pretože gravitačná hmotnosť objektu sa rovná jeho zotrvačnej hmotnosti. Nečakáte takúto odpoveď, však? Ak ste pochopili málo odhalenej matematiky, môžete ostatným vysvetliť fyzikálny jav vysvetlený v tomto článku.
Konečne to tu je, ako vysvetľuje sám Einstein padajúce telesá v gravitačnom poli:
Môžete komentovať pomocou účtu na webe, prostredníctvom FB, Twitteru alebo Google alebo ako návštevník (bez registrácie). Pre návštevníkov sú komentáre mierne (schválené správcom).