Kiedy Newton odkrył prawo powszechnego ciążenia, nie znał ani jednej wartości liczbowej mas ciał niebieskich, w tym Ziemi. Nie znał także wartości stałej G.

Tymczasem stała grawitacyjna G ma tę samą wartość dla wszystkich ciał we Wszechświecie i jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Jak odnaleźć jego znaczenie?

Z prawa powszechnego ciążenia wynika, że ​​G = Fr 2 /(m 1 m 2). Oznacza to, że aby znaleźć G, należy zmierzyć siłę przyciągania F pomiędzy ciałami o znanych masach m 1 i m 2 oraz odległość r między nimi.

Pierwsze pomiary stałej grawitacji wykonano w połowie XVIII wieku. Wartość G można było wówczas oszacować, choć z dużym przybliżeniem, na podstawie uwzględnienia przyciągania wahadła do góry, której masę wyznaczano metodami geologicznymi.

Dokładnych pomiarów stałej grawitacji po raz pierwszy dokonał w 1798 roku wybitny naukowiec Henry Cavendish, bogaty angielski lord, znany jako osoba ekscentryczna i nietowarzyska. Korzystając z tzw. wagi skrętnej (ryc. 101), Cavendish był w stanie zmierzyć znikomą siłę przyciągania pomiędzy małymi i dużymi metalowymi kulkami, wykorzystując kąt skręcenia nici A. Aby to zrobić, musiał użyć tak czułego sprzętu, że nawet słabe prądy powietrza mogły zniekształcić pomiary. Dlatego też, aby wykluczyć wpływy zewnętrzne, Cavendish umieścił swój sprzęt w pudełku, które zostawił w pokoju, i sam przeprowadził obserwacje sprzętu za pomocą teleskopu z innego pokoju.

Eksperymenty to wykazały

G ≈ 6,67 10 –11 N m 2 /kg 2.

Fizyczne znaczenie stałej grawitacji jest takie, że jest ona liczbowo równa sile, z jaką przyciągają się dwie cząstki o masie 1 kg każda, znajdujące się w odległości 1 m od siebie. Siła ta okazuje się zatem niezwykle mała - tylko 6,67 · 10 –11 N. Czy to dobrze, czy źle? Obliczenia pokazują, że gdyby stała grawitacyjna w naszym Wszechświecie miała wartość powiedzmy 100 razy większą od podanej powyżej, prowadziłoby to do tego, że życie gwiazd, w tym Słońca, gwałtownie by się zmniejszyło, a na Ziemi powstałoby inteligentne życie. nie mam czasu się pojawić. Innymi słowy, ty i ja nie istnielibyśmy teraz!

Mała wartość G oznacza, że ​​oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy zwykłymi ciałami, nie mówiąc już o atomach i cząsteczkach, jest bardzo słabe. Dwie osoby o masie 60 kg znajdujące się w odległości 1 m od siebie przyciągają się siłą równą zaledwie 0,24 μN.

Jednak wraz ze wzrostem mas ciał wzrasta rola oddziaływania grawitacyjnego. Przykładowo siła wzajemnego przyciągania Ziemi i Księżyca sięga 10 20 N, a przyciąganie Ziemi przez Słońce jest nawet 150 razy większe. Dlatego ruch planet i gwiazd jest już całkowicie zdeterminowany siłami grawitacyjnymi.

Podczas swoich eksperymentów Cavendish po raz pierwszy udowodnił także, że nie tylko planety, ale także zwykłe ciała otaczające nas na co dzień przyciągają się według tego samego prawa grawitacji, które odkrył Newton w wyniku analizy danych astronomicznych. To prawo jest w rzeczywistości prawem powszechnego ciążenia.

„Prawo grawitacji jest uniwersalne. Rozciąga się na ogromne odległości. Newton, który interesował się Układem Słonecznym, mógł z łatwością przewidzieć, co wyniknie z eksperymentu Cavendisha, ponieważ skala Cavendisha, dwie przyciągające się kule, to mały model Układu Słonecznego. Jeśli powiększymy go dziesięć milionów milionów razy, otrzymamy Układ Słoneczny. Zwiększmy to kolejne dziesięć milionów milionów razy - i tu mamy galaktyki, które przyciągają się według tego samego prawa. Natura haftując swój wzór używa tylko najdłuższych nici, a każda, nawet najmniejsza próbka może otworzyć nam oczy na strukturę całości” (R. Feynman).

1. Jakie jest fizyczne znaczenie stałej grawitacji? 2. Kto jako pierwszy dokonał dokładnych pomiarów tej stałej? 3. Do czego prowadzi mała wartość stałej grawitacji? 4. Dlaczego siedząc obok przyjaciela przy biurku, nie czujesz do niego pociągu?

Sekcja jest bardzo łatwa w obsłudze. Po prostu wpisz żądane słowo w odpowiednim polu, a my podamy Ci listę jego znaczeń. Chciałbym zauważyć, że nasza strona zawiera dane z różnych źródeł - słowników encyklopedycznych, objaśniających, słowotwórczych. Tutaj możesz zobaczyć także przykłady użycia wprowadzonego słowa.

Co oznacza „stała grawitacyjna”?

Słownik encyklopedyczny, 1998

stała grawitacyjna

STAŁA GRAWITACJI (oznaczona jako G) współczynnik proporcjonalności w prawie ciążenia Newtona (patrz Uniwersalne prawo ciążenia), G = (6,67259+0,00085)·10-11 N·m2/kg2.

Stała grawitacyjna

współczynnik proporcjonalności G we wzorze wyrażającym prawo grawitacji Newtona F = G mM / r2, gdzie F ≈ siła przyciągania, M i m ≈ masy przyciągających się ciał, r ≈ odległość między ciałami. Inne oznaczenia G. p.: g lub f (rzadziej k2). Wartość liczbowa GP zależy od wyboru układu jednostek długości, masy i siły. W systemie jednostek GHS

G = (6,673 ╠ 0,003)×10-8dn×cm2×g-2

lub cm3×g
--1×sec-2, w międzynarodowym układzie jednostek G = (6,673 ╠ 0,003)×10-11×n×m2×kg
--2

lub m3×kg-1×sek-2. Najdokładniejszą wartość GP uzyskuje się z laboratoryjnych pomiarów siły przyciągania pomiędzy dwiema znanymi masami przy użyciu wagi skrętnej.

Przy obliczaniu orbit ciał niebieskich (na przykład satelitów) względem Ziemi stosuje się geocentryczny punkt geocentryczny, który jest iloczynem punktu geocentrycznego przez masę Ziemi (w tym jej atmosfery):

GE = (3,98603 ╠ 0,00003)×1014×m3×s-2.

Przy obliczaniu orbit ciał niebieskich względem Słońca stosuje się heliocentryczny punkt geometryczny, ≈ iloczyn punktu heliocentrycznego przez masę Słońca:

GSs = 1,32718×1020× m3×sek-2.

Te wartości GE i GS odpowiadają systemowi podstawowych stałych astronomicznych przyjętym w 1964 roku na kongresie Międzynarodowej Unii Astronomicznej.

Yu. A. Ryabow.

Wikipedia

Stała grawitacyjna

Stała grawitacyjna, Stała Newtona(zwykle oznaczane , Czasami lub) - podstawowa stała fizyczna, stała oddziaływania grawitacyjnego.

Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia Newtona, siła przyciągania grawitacyjnego pomiędzy dwoma punktami materialnymi z masami I , położony w pewnej odległości , jest równe:

$F=G\frac(m_1 m_2)(r^2).$

Czynnik proporcjonalności w tym równaniu nazywa się stała grawitacyjna. Liczbowo jest równy modułowi siły grawitacji działającej na punktowe ciało o jednostkowej masie pochodzące od innego podobnego ciała znajdującego się w jednostkowej odległości od niego.

6.67428(67) 10 m s kg lub N m² kg,

w roku 2010 dokonano korekty wartości na:

6,67384(80)·10 m·s·kg lub N·m²·kg.

W 2014 roku wartość stałej grawitacji zalecana przez CODATA wyniosła:

6.67408(31) 10 m s kg lub N m² kg.

W październiku 2010 roku w czasopiśmie Physical Review Letters ukazał się artykuł, w którym zaproponowano poprawioną wartość 6,67234(14), czyli o trzy odchylenia standardowe mniej niż , zalecona w 2008 r. przez Komisję Danych dla Nauki i Technologii (CODATA), ale zgodna z wcześniejszą wartością CODATA zaprezentowaną w 1986 r. Rewizja wartości które miało miejsce w latach 1986-2008, spowodowane było badaniami niesprężystości gwintów zawieszenia w równowagach skrętnych. Stała grawitacyjna jest podstawą do przeliczania innych wielkości fizycznych i astronomicznych, takich jak masy planet we Wszechświecie, w tym Ziemi, a także innych ciał kosmicznych, na tradycyjne jednostki miary, takie jak kilogramy. Co więcej, ze względu na słabość oddziaływania grawitacyjnego i wynikającą z tego małą dokładność pomiarów stałej grawitacyjnej, stosunki masowe ciał kosmicznych są zwykle znane znacznie dokładniej niż masy poszczególnych jednostek w kilogramach.

Jako jedna z podstawowych wielkości w fizyce, stała grawitacyjna została po raz pierwszy wspomniana w XVIII wieku. Jednocześnie podjęto pierwsze próby pomiaru jego wartości, jednak ze względu na niedoskonałość instrumentów i niewystarczającą wiedzę w tym zakresie było to możliwe dopiero w połowie XIX wieku. Uzyskany wynik był później korygowany kilkukrotnie (ostatni raz w 2013 roku). Należy jednak zauważyć, że istnieje zasadnicza różnica pomiędzy pierwszym (G = 6,67428(67) 10 −11 m³ s −2 kg −1 lub N m² kg −2) a ostatnim (G = 6,67384( 80) 10 −11 m³ s −2 kg −1 lub N m² kg −2) wartości nie istnieją.

Używając tego współczynnika do obliczeń praktycznych, należy rozumieć, że stała jest taka w globalnych koncepcjach uniwersalnych (jeśli nie masz zastrzeżeń do fizyki cząstek elementarnych i innych mało zbadanych nauk). Oznacza to, że stała grawitacyjna Ziemi, Księżyca czy Marsa nie będzie się od siebie różnić.

Wielkość ta jest podstawową stałą w mechanice klasycznej. Dlatego stała grawitacyjna jest uwzględniana w różnych obliczeniach. W szczególności bez informacji o mniej więcej dokładnej wartości tego parametru naukowcy nie byliby w stanie obliczyć tak ważnego w przemyśle kosmicznym współczynnika jak przyspieszenie swobodnego spadania (które będzie inne dla każdej planety czy innego ciała kosmicznego) .

Jednak Newton, który wypowiadał się ogólnie, znał stałą grawitacji tylko w teorii. Oznacza to, że był w stanie sformułować jeden z najważniejszych postulatów fizycznych, nie mając informacji o wielkości, na której się on zasadniczo opiera.

W przeciwieństwie do innych stałych podstawowych, fizyka może określić tylko z pewną dokładnością, ile wynosi stała grawitacji. Jego wartość jest okresowo uzyskiwana ponownie i za każdym razem jest inna niż poprzednia. Większość naukowców uważa, że ​​​​fakt ten nie wynika z jego zmian, ale z bardziej banalnych powodów. Po pierwsze, są to metody pomiarowe (w celu obliczenia tej stałej przeprowadza się różne eksperymenty), a po drugie, dokładność przyrządów, która stopniowo wzrasta, dane są udoskonalane i uzyskuje się nowy wynik.

Biorąc pod uwagę fakt, że stała grawitacji jest wielkością mierzoną od 10 do potęgi -11 (co dla mechaniki klasycznej jest wartością niezwykle małą), ciągłe udoskonalanie współczynnika nie dziwi. Ponadto symbol podlega korekcie począwszy od 14 miejsc po przecinku.

We współczesnej fizyce fal istnieje jednak inna teoria, którą wysunęli Fred Hoyle i J. Narlikar już w latach 70. ubiegłego wieku. Według ich założeń stała grawitacyjna maleje z czasem, co wpływa na wiele innych wskaźników uznawanych za stałe. W ten sposób amerykański astronom van Flandern zauważył zjawisko niewielkiego przyspieszenia Księżyca i innych ciał niebieskich. Kierując się tą teorią należy przyjąć, że we wczesnych obliczeniach nie było błędów globalnych, a różnicę w uzyskanych wynikach tłumaczy się zmianami wartości samej stałej. Ta sama teoria mówi o niestałości innych wielkości, np

Wszelkie podejmowane przez eksperymentatorów próby zmniejszenia błędu pomiaru stałej grawitacji Ziemi zostały dotychczas zredukowane do zera. Jak zauważono wcześniej, od czasów Cavendisha dokładność pomiaru tej stałej praktycznie nie wzrosła. Przez ponad dwa stulecia dokładność pomiaru nie uległa zmianie. Sytuację tę można nazwać, przez analogię do „katastrofy ultrafioletowej”, „katastrofą ciągłą grawitacyjną”. Wydostaliśmy się z katastrofy ultrafioletowej za pomocą kwantów, ale jak wydostać się z katastrofy za pomocą stałej grawitacji?

Z równowagi skrętnej Cavendisha nic nie da się wycisnąć, więc rozwiązanie można znaleźć, korzystając ze średniej wartości przyspieszenia ziemskiego i obliczając G ze znanego wzoru:

Gdzie g to przyspieszenie ziemskie (g=9,78 m/s2 – na równiku; g=9,832 m/s2 – na biegunach).

R– promień Ziemi, m,

M– masa Ziemi, kg.

Standardowa wartość przyspieszenia ziemskiego, przyjęta przy konstruowaniu układów jednostek, wynosi: g=9,80665. Stąd średnia wartość G będzie równe:

Według otrzymanego G, wyjaśnijmy temperaturę z proporcji:

6,68·10 -11 ~x=1~4,392365689353438·10 12

Temperatura ta odpowiada 20,4 o w skali Celsjusza.

Myślę, że taki kompromis mógłby zadowolić dwie strony: fizykę eksperymentalną i komisję (CODATA), aby nie zmieniać okresowo wartości stałej grawitacyjnej Ziemi.

Możliwe jest „legislacyjne” zatwierdzenie aktualnej wartości stałej grawitacyjnej dla Ziemi G=6,67408·10 -11 Nm 2 /kg 2, ale dostosowanie wartości standardowej g=9,80665, nieznacznie zmniejszając jej wartość.

Dodatkowo, jeśli przyjmiemy średnią temperaturę Ziemi równą 14 o C, wówczas stała grawitacyjna będzie równa G=6,53748·10 -11.

Mamy więc trzy wartości rywalizujące o cokół stałej grawitacji G dla planety Ziemia: 1) 6.67408 10 -11 m³/(kg·s²); 2) 6,68·10 -11 m³/(kg·s²); 3) 6,53748 10 -11 m³/(kg·s²).

Ostateczną decyzję, które z nich przyjąć jako stałą grawitacji Ziemi, pozostaje do decyzji komisji CODATA.

Można mi postawić zarzut, że skoro stała grawitacji zależy od temperatury oddziałujących ze sobą ciał, to siły przyciągania w dzień i w nocy, zimą i latem powinny być inne. Tak, dokładnie tak powinno być z małymi ciałami. Ale Ziemia jest ogromną, szybko wirującą kulą, z ogromnym zapasem energii. Zatem całkowita liczba krafonów wylatujących z Ziemi zimą i latem, w dzień i w nocy jest taka sama. Dlatego przyspieszenie ziemskie na jednej szerokości geograficznej zawsze pozostaje stałe.

Jeśli przeniesiesz się na Księżyc, gdzie różnica temperatur między półkulą dzienną i nocną jest bardzo różna, grawimetry powinny zarejestrować różnicę w sile grawitacji.

powiązane posty

11 komentarzy

Tylko jedno pytanie do Ciebie:

A może energia nie rozprzestrzenia się w twojej przestrzeni w kuli?

A jeśli już zdecydowałeś się przejść do temperatury, to w punktach środków masy, które oczywiście prawidłowo emitują energię, nie wiadomo (nie można tego w żaden sposób potwierdzić eksperymentalnie), dlatego nadal potrzebuje do obliczenia.

No cóż, nie ma nawet śladu najbardziej sensownego opisu procesu grawitacyjnego oddziaływania ciał, niektóre „czerwone fotony (krafony) wleciały do ​​​​ciała, przynosząc energię, jest to zrozumiałe, ale nie odpowiada na pytanie: „dlaczego miałby zacząć się poruszać (poruszać) dokładnie w kierunku, z którego przybyły, a nie w kierunku przeciwnym, to znaczy zgodnie z przyłożoną siłą (impulsem energetycznym danym z tych twoich krafonów)?”

Tylko jedno pytanie do Ciebie:
Jeśli już zacząłeś mówić o energii, to dlaczego całkowicie zapomniałeś o 4Pi przed R^2?!
A może energia nie rozprzestrzenia się w twojej przestrzeni w kuli?
A jeśli już zdecydowałeś się przejść do temperatury, to w punktach środków masy, które oczywiście prawidłowo emitują energię, nie wiadomo (nie można tego w żaden sposób potwierdzić eksperymentalnie), odpowiednio nadal potrzebuje do obliczenia.
No cóż, nie ma nawet śladu najbardziej sensownego opisu procesu grawitacyjnego oddziaływania ciał, niektóre „czerwone fotony (krafony) wleciały do ​​​​ciała, przynosząc energię, jest to zrozumiałe, ale nie odpowiada na pytanie: „dlaczego miałby zacząć się poruszać (poruszać) dokładnie w kierunku, z którego przybyły, a nie w kierunku przeciwnym, to znaczy zgodnie z przyłożoną siłą (impulsem energetycznym danym z tych twoich krafonów)?”
________________________________________________________
Zamiast jednego zadawanego pytania były trzy, ale nie o to tu chodzi.
1. Odnośnie 4π. We wzorach (9) i (10) R2 jest odległością ciała (obiektu) od środka Ziemi. Nie jest jasne, skąd powinno pochodzić 4π.
2. Odnośnie maksymalnej temperatury substancji w przyrodzie. Najwyraźniej byłeś zbyt leniwy, aby otworzyć link na końcu artykułu: „Stała grawitacyjna jest zmienną”.
3. Teraz odnośnie „znaczącego opisu procesu grawitacyjnego oddziaływania ciał”. Wszystko jest zrozumiałe i opisane. O tym, w którą stronę lecą te same krafony, czytamy w artykułach: „”. Fotony słoneczne wyruszają z powierzchni Słońca bez odrzutu, pozyskując dodatkowe impulsy. Foton w przeciwieństwie do świata materialnego nie ma bezwładności – jego impuls powstaje w momencie oddzielenia się od źródła bez odrzutu!
Zjawisko odrzutu obserwuje się jedynie w ciałach, gdy pod wpływem sił wewnętrznych rozpada się ono na części lecące w przeciwnych kierunkach. Foton nie rozpada się na części, nie rozdziela się z nabytym pędem przed pochłonięciem, zatem będzie dla niego obowiązywać wyrażenie (3).
„ ” i część 2.
Cytat z części 2: „Krafony z elementarnej piłki wylatują samoistnie, w różnych kierunkach wzdłuż normalnej jej powierzchni. Ponadto kierowane są głównie do atmosfery, tj. w bardziej rozrzedzony eter elektromagnetyczny (EME) w porównaniu z EME wód Oceanu Światowego. W zasadzie ten sam obraz można zaobserwować na kontynentach.”
Drodzy Czytelnicy, na temat: jak powstaje grawitacja i kto jest jej nośnikiem, przeczytajcie cały rozdział zatytułowany: „Grawitacja”. Można to oczywiście zrobić wybiórczo, w tym celu należy kliknąć na przycisk „Mapa serwisu” znajdujący się w górnym menu, znajdującym się nad nagłówkiem serwisu.

Dodanie do poprzedniego komentarza.

12 października 2016 r Mój artykuł zatytułowany: „Foton-kwantowa grawitacja” ukazał się na łamach elektronicznego czasopisma naukowo-praktycznego „Modern Scientific Research and Innovation”. W artykule przedstawiono istotę grawitacji. Przeczytaj link:

P.S. Alexey Masz rację, w tym czasopiśmie nie ma tego artykułu. Przeczytaj mój komentarz poniżej.

Z jakiegoś powodu Twojego artykułu nie ma w październikowym numerze „Modern Scientific Research and Innovation” ((

„Z jakiegoś powodu Twojego artykułu nie ma w październikowym numerze „Modern Scientific Research and Innovation” ((”
Artykuł: EARTH GRAVITY PHOTON-QUANTUM GRAVITY przeniesiony do innego czasopisma: „Scientific-Researches” nr 5(5), 2016, s. 1-2. 79
http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5-5-2016.pdf

01.05.2017. Czy byłoby Ci trudno pokazać bardziej szczegółowo swoje obliczenia masy i promienia Ziemi użyte we wzorze weryfikacyjnym G (9) dla Ziemi? Nie boicie się jakiejś fizycznej tautologii wykorzystującej te wartości OBLICZONE z tymi samymi stałymi? Mikuła

„Czy byłoby Panu trudniej przedstawić bardziej szczegółowo obliczenia masy i promienia Ziemi zastosowane we wzorze weryfikacyjnym G (9) dla Ziemi? Nie boicie się jakiejś fizycznej tautologii wykorzystującej te wartości OBLICZONE z tymi samymi stałymi? Mikuła”
———————————
Tak, znacznie bardziej szczegółowo. Wzór 9 oblicza dwie skrajne wartości G dla przyspieszenia ziemskiego (g=9,78 m/s2 – na równiku; g=9,832 m/s2 – na biegunach). Dla wartości standardowej przyspieszenie ziemskie wynosi 10. Jeśli chodzi o masę i promień Ziemi, praktycznie się one nie zmienią. Nie rozumiem, na czym polega tautologia.

Tak, znacznie bardziej szczegółowo. Wzór 9 oblicza dwie skrajne wartości G dla przyspieszenia ziemskiego (g=9,78 m/s2 – na równiku; g=9,832 m/s2 – na biegunach). Dla wartości standardowej przyspieszenie ziemskie wynosi 10. Jeśli chodzi o masę i promień Ziemi, praktycznie się one nie zmienią. Nie rozumiem, na czym polega tautologia.

„Wszystkie ciała posiadające masę wzbudzają pola grawitacyjne w otaczającej przestrzeni, tak jak naładowane elektrycznie cząstki tworzą wokół siebie pole elektrostatyczne. Można założyć, że ciała niosą ładunek grawitacyjny podobny do elektrycznego, czyli inaczej mówiąc, mają masę grawitacyjną. Ustalono z dużą dokładnością, że masy bezwładnościowe i grawitacyjne pokrywają się.
2
Niech będą dwa ciała punktowe o masach m1 i m2. Oddzielone są od siebie odległością r. Wtedy siła przyciągania grawitacyjnego pomiędzy nimi jest równa: F=C·m1·m2/r², gdzie C jest współczynnikiem zależnym tylko od wybranych jednostek miary.

3
Jeśli na powierzchni Ziemi znajduje się małe ciało, jego rozmiar i masę można pominąć, ponieważ Wymiary Ziemi są od nich znacznie większe. Przy określaniu odległości między planetą a ciałem powierzchniowym bierze się pod uwagę tylko promień Ziemi wysokość ciała jest w porównaniu z tym pomijalnie mała. Okazuje się, że Ziemia przyciąga ciało z siłą F=M/R², gdzie M to masa Ziemi, R to jej promień.
4
Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia przyspieszenie ciał pod działaniem grawitacji na powierzchni Ziemi wynosi: g=G M/ R². Tutaj G jest stałą grawitacji, liczbowo równą w przybliżeniu 6,6742 10^(-11).
5
Przyspieszenie ziemskie g i promień Ziemi R wyznacza się z bezpośrednich pomiarów. Stałą G wyznaczono z dużą dokładnością w doświadczeniach Cavendisha i Yolly’ego. Zatem masa Ziemi wynosi M=5,976 10^27 g ≈ 6 10^27 g.

fTautologia moim zdaniem, która jest oczywiście błędna, polega na tym, że przy obliczaniu masy Ziemi stosuje się ten sam współczynnik Cavendisha Jolly’ego G, zwany stałą grawitacji, który nie jest nawet wcale stały, z czym całkowicie się zgadzam Ty. Dlatego też Twój przekaz „Z wagi skrętnej Cavendisha nic nie można wycisnąć, więc rozwiązanie można znaleźć wykorzystując średnią wartość przyspieszenia ziemskiego i obliczając G ze znanego wzoru:” nie jest do końca poprawny. Twoje obliczenie stałej G zostało już wykorzystane do obliczenia masy Ziemi. Nie chcę Ci w żaden sposób robić wyrzutów, po prostu naprawdę chcę zrozumieć tę stałą grawitacji, której w ogóle nie było w nadanym przez Newtona prawie Roberta Hooke'a. Z głębokim szacunkiem Mikuła.

Drogi Mikulo, Twoje pragnienie zrozumienia i poradzenia sobie ze stałą grawitacji jest godne pochwały. Biorąc pod uwagę, że wielu naukowców chciało zrozumieć tę stałą, ale niewielu się to udało.
„Stała G została określona z dużą dokładnością w eksperymentach Cavendisha i Jolly’ego”.
NIE! C nie jest duże! W przeciwnym razie po co nauka miałaby tracić pieniądze i czas na regularne ponowne sprawdzanie i wyjaśnianie, tj. uśrednianie wyników, czym zajmuje się KODATA. I jest potrzebny właśnie po to, aby „zważyć Ziemię” i poznać jej gęstość, z czego zasłynął Cavendish. Ale jak widać, G przechodzi od jednego doświadczenia do drugiego. To samo dotyczy przyspieszenia swobodnego spadania.
Stała grawitacyjna jest współczynnikiem dla jednej wartości temperatury, a temperatura jest tym, czym jest dyszel.
Co proponuję? Dla planety Ziemia ustal raz na zawsze jedną wartość G i uczyń ją naprawdę stałą, biorąc pod uwagę g.
Nie bądź leniwy, przeczytaj wszystkie artykuły w dziale G (stała grawitacyjna), myślę, że wiele stanie się dla Ciebie jaśniejsze. Zacząć od nowa:

Nasza droga wiedzie w ciemnościach... I uderzamy czołami nie tylko w oślizgłe ściany lochu w poszukiwaniu przebłysków wyjścia, ale także w czoła tych samych nieszczęsnych ludzi, przeklinających i przeklinających... kulejących, bezrękich, ślepych żebraków... I nie słyszymy się. Wyciągamy rękę i otrzymujemy na nią plwocinę... i dlatego Nasza droga nie ma końca... A jednak... oto moja ręka. To jest moja wersja zrozumienia natury grawitacji... i „silnej interakcji”.
Miezentsew Nikołaj Fiodorowicz.

Twoja dłoń niestety w niczym mi nie pomogła, ale dlaczego miałaby?

Ta strona korzysta z Akismet w celu ograniczenia spamu. .

Twój komentarz jest moderowany.

Eksperymenty mające na celu pomiar stałej grawitacji G, przeprowadzone w ostatnich latach przez kilka grup, wykazują uderzające rozbieżności między sobą. Nowy pomiar opublikowany niedawno przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag różni się od wszystkich i tylko pogłębia problem. Stała grawitacji pozostaje wielkością niezwykle trudną do precyzyjnego pomiaru.

Pomiary stałej grawitacji

Stała grawitacyjna G, znana również jako stała Newtona, jest jedną z najważniejszych podstawowych stałych w przyrodzie. Jest to stała zawarta w prawie powszechnego ciążenia Newtona; nie zależy ani od właściwości przyciągających się ciał, ani od warunków otoczenia, ale charakteryzuje intensywność samej siły grawitacyjnej. Oczywiście taka podstawowa cecha naszego świata jest ważna dla fizyki i należy ją dokładnie zmierzyć.

Jednak sytuacja z pomiarem G jest nadal bardzo nietypowa. W przeciwieństwie do wielu innych stałych podstawowych, stała grawitacyjna jest bardzo trudna do zmierzenia. Faktem jest, że dokładny wynik można uzyskać jedynie w eksperymentach laboratoryjnych, mierząc siłę przyciągania dwóch ciał o znanej masie. Na przykład w klasycznym eksperymencie Henry’ego Cavendisha (ryc. 2) hantle zbudowane z dwóch ciężkich kulek zawieszone są na cienkiej nitce, a gdy z boku w kierunku tych kulek popchnie się inne masywne ciało, siła grawitacji ma tendencję do obracania się ten hantle pod pewnym kątem, dopóki moment obrotowy sił nie zostanie lekko skręcony, nici nie będą kompensować grawitacji. Mierząc kąt obrotu hantli i znając właściwości sprężyste nici, można obliczyć siłę ciężkości, a co za tym idzie, stałą grawitacji.

To urządzenie (nazywa się „bilansem skrętnym”) jest wykorzystywane w różnych modyfikacjach we współczesnych eksperymentach. Pomiar taki jest w istocie bardzo prosty, ale trudny do wykonania, gdyż wymaga dokładnej znajomości nie tylko wszystkich mas i wszystkich odległości, ale także właściwości sprężystych nici, a także wymaga minimalizacji wszelkich skutków ubocznych, zarówno mechanicznych, jak i temperaturowych. Ostatnio jednak pojawiły się pierwsze pomiary stałej grawitacji z wykorzystaniem innych, atomowych metod interferometrycznych, wykorzystujących kwantową naturę materii. Jednak dokładność tych pomiarów jest wciąż znacznie gorsza od instalacji mechanicznych, choć być może są one przyszłością (szczegóły w aktualnościach Pomiar stałej grawitacyjnej nowymi metodami, „Elementy”, 22.01.2007).

Tak czy inaczej, pomimo ponad dwustuletniej historii, dokładność pomiarów pozostaje bardzo skromna. Obecna „oficjalna” wartość zalecana przez Amerykański Narodowy Instytut Standardów (NIST) to (6,67384 ± 0,00080) 10 –11 m 3 kg –1 s –2. Błąd względny wynosi tutaj 0,012%, czyli 1,2·10 –4, czyli w jeszcze bardziej znanej dla fizyków notacji 120 ppm (części na milion), a to o kilka rzędów wielkości mniej niż dokładność pomiaru innych, równie ważnych wielkie ilości. Co więcej, od kilkudziesięciu lat pomiar stałej grawitacji nie przestaje przyprawiać fizyków doświadczalnych o ból głowy. Pomimo przeprowadzonych kilkudziesięciu eksperymentów i udoskonaleń samego sprzętu pomiarowego, dokładność pomiaru pozostawała niska. Błąd względny na poziomie 10–4 osiągnięto 30 lat temu i od tego czasu nie nastąpiła żadna poprawa.

Sytuacja z 2010 roku

W ostatnich latach sytuacja stała się jeszcze bardziej dramatyczna. W latach 2008–2010 trzy grupy opublikowały nowe wyniki pomiaru G. Nad każdym z nich zespół eksperymentatorów pracował latami, nie tylko bezpośrednio mierząc wartość G, ale także dokładnie wyszukując i sprawdzając wszelkiego rodzaju źródła błędów . Każdy z tych trzech pomiarów był bardzo dokładny: błędy wynosiły 20–30 ppm. Teoretycznie te trzy pomiary powinny znacznie poszerzyć naszą wiedzę na temat wartości liczbowej G. Problem w tym, że wszystkie różniły się od siebie aż o 200–400 ppm, czyli o cały tuzin stwierdzonych błędów! Sytuację tę na rok 2010 przedstawiono na ryc. 3 i jest krótko opisany w notatce Niezręczna sytuacja ze stałą grawitacji.

Jest całkowicie jasne, że sama stała grawitacyjna nie jest winna; naprawdę musi być tak samo zawsze i wszędzie. Istnieją na przykład dane satelitarne, które wprawdzie nie pozwalają dobrze zmierzyć wartości liczbowej stałej G, ale pozwalają zweryfikować jej niezmienność - jeśli G zmieniłoby się w ciągu roku choćby o jedną bilionową część (czyli o 10–12), byłoby to już zauważalne. Zatem jedyny wniosek, jaki z tego wynika, jest następujący: w jednym (lub w kilku) z tych trzech eksperymentów występują niewyjaśnione źródła błędów. Ale który?

Jedynym sposobem, aby to rozgryźć, jest powtórzenie pomiarów w innych instalacjach, najlepiej przy użyciu innych metod. Niestety, nie udało się jeszcze osiągnąć tutaj szczególnej różnorodności technik, ponieważ wszystkie eksperymenty wykorzystują to lub inne urządzenie mechaniczne. Jednak różne implementacje mogą mieć różne błędy instrumentalne, a porównanie ich wyników pozwoli nam zrozumieć sytuację.

Nowy wymiar

Któregoś dnia w czasopiśmie Listy z przeglądu fizycznego opublikowano jeden taki pomiar. Niewielki zespół badaczy pracujących w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w Paryżu zbudował od podstaw aparat, który umożliwił pomiar stałej grawitacji na dwa różne sposoby. Jest to ta sama skala skrętna, tyle że nie z dwoma, ale z czterema identycznymi cylindrami zamontowanymi na tarczy zawieszonej na metalowym gwincie (wewnętrzna część instalacji na rys. 1). Te cztery obciążniki oddziałują grawitacyjnie z czterema innymi, większymi cylindrami zamontowanymi na karuzeli, którą można obracać pod dowolnym kątem. Schemat z czterema korpusami zamiast dwóch pozwala zminimalizować oddziaływanie grawitacyjne z asymetrycznie rozmieszczonymi obiektami (na przykład ścianami pomieszczenia laboratoryjnego) i skupić się szczególnie na siłach grawitacyjnych wewnątrz instalacji. Sam gwint ma przekrój prostokątny, a nie okrągły; To raczej nie jest nitka, ale cienki i wąski metalowy pasek. Wybór ten umożliwia płynniejsze przenoszenie obciążenia wzdłuż niego i minimalizację zależności od właściwości elastycznych substancji. Całość aparatury znajduje się w próżni i w określonej temperaturze, która jest utrzymywana z dokładnością do jednej setnej stopnia.

Urządzenie to umożliwia wykonanie trzech rodzajów pomiarów stałej grawitacyjnej (szczegóły w artykule oraz na stronie grupy badawczej). Po pierwsze, jest to dosłowne odwzorowanie eksperymentu Cavendisha: wprowadzono obciążenie, obrócono wagę pod określonym kątem i kąt ten zmierzono za pomocą układu optycznego. Po drugie, można go uruchomić w trybie wahadła skrętnego, gdy instalacja wewnętrzna okresowo obraca się tam i z powrotem, a obecność dodatkowych masywnych ciał zmienia okres oscylacji (metoda ta jednak nie była stosowana przez badaczy). Wreszcie ich instalacja umożliwia pomiar siły grawitacji bez skręcania ciężary. Osiąga się to za pomocą elektrostatycznego serwosterowania: do oddziałujących ciał przykładane są ładunki elektryczne, dzięki czemu odpychanie elektrostatyczne całkowicie kompensuje przyciąganie grawitacyjne. Takie podejście pozwala pozbyć się błędów instrumentalnych związanych konkretnie z mechaniką rotacji. Pomiary wykazały, że obie metody, klasyczna i elektrostatyczna, dają spójne wyniki.

Wynik nowego pomiaru jest oznaczony czerwoną kropką na rys. 4. Oczywiste jest, że pomiar ten nie tylko nie rozwiązał palącego problemu, ale także jeszcze bardziej go pogorszył: bardzo różni się od wszystkich innych niedawnych pomiarów. Zatem do tej pory mamy już cztery (lub pięć, jeśli liczyć niepublikowane dane grupy kalifornijskiej) różne i dość dokładne pomiary, a Wszystkie są ze sobą radykalnie sprzeczne! Różnica między dwiema najbardziej skrajnymi (i chronologicznie najnowszymi) wartościami już przekracza 20(!) stwierdzonych błędów.

Jeśli chodzi o nowy eksperyment, oto co należy dodać. Ta grupa badaczy przeprowadziła już podobny eksperyment w 2001 roku. I wtedy również uzyskali wartość zbliżoną do aktualnej, ale tylko nieco mniej dokładną (patrz ryc. 4). Można ich było podejrzewać o zwykłe powtarzanie pomiarów na tym samym sprzęcie, gdyby nie jedno „ale” – wtedy tak było Inny instalacja. Ze starej instalacji wyjęto jedynie 11-kilogramowe cylindry zewnętrzne, ale całe urządzenie centralne zostało zbudowane od nowa. Jeśli rzeczywiście miały one jakiś niewyjaśniony efekt, związany konkretnie z materiałami lub produkcją aparatu, wówczas mogłoby się to zmienić i „pociągnąć za sobą” nowy wynik. Wynik pozostał jednak mniej więcej taki sam jak w 2001 roku. Autorzy pracy postrzegają to jako kolejny dowód czystości i wiarygodności swoich pomiarów.

Sytuacja, w której jednocześnie różne grupy uzyskują cztery lub pięć wyników Wszystko różnią się kilkunastu lub dwoma stwierdzonymi błędami, najwyraźniej niespotykanymi w fizyce. Bez względu na to, jak wysoka jest dokładność każdego pomiaru i bez względu na to, jak dumni są z tego autorzy, nie ma to obecnie żadnego znaczenia dla ustalenia prawdy. A na razie można na ich podstawie spróbować poznać prawdziwą wartość stałej grawitacji tylko w jeden sposób: umieścić wartość gdzieś pośrodku i przypisać błąd, który obejmie cały ten przedział (czyli półtora do dwa razy pogarszać aktualna zalecana niepewność). Można mieć tylko nadzieję, że kolejne pomiary będą mieścić się w tym przedziale i stopniowo będą preferować jedną wartość.

Tak czy inaczej, stała grawitacji nadal pozostaje zagadką w fizyce pomiarów. Trudno w tej chwili przewidzieć, ile lat (lub dekad) zajmie, zanim sytuacja zacznie się faktycznie poprawiać.