Чому тіла різної маси падають з однаковою швидкістю у вакуумі
Це один із протиінтуїтивних аспектів фізики, враховуючи, що це не так у повсякденному житті. Якщо я дозволю пластівцю і металевій кульці впасти на землю, то пластівці прийдуть пізніше. Це щоденний досвід, і це основа загального мислення. Але коли ми усуваємо тертя повітря, коли ми проводимо цей експеримент у вакуумі, все змінюється: тіла подібним чином прискорюються до землі і прибувають одночасно. Як це можливо? Яке пояснення? Нижче наведено, чому це так. Два ілюстровані експерименти, один на Місяці та один у вакуумній камері, включені до статті для ілюстрації математичної демонстрації.
Перш за все, ми пропонуємо вам чудове пояснення, надане одним з відвідувачів сайту, з великою кількістю чудових внесків у розділі контролю якості сайту:
"Ми беремо три однакові тіла (монети, камені тощо). Якщо ми дозволимо їм падати одночасно з однакової висоти, вони одночасно досягнуть підлоги. Поки це очевидно.
Тепер беремо два з трьох тіл і склеюємо їх між собою. Беремо одинарне і подвійне тіло і даємо їм одночасно падати з однакової висоти. З якої причини подвійне тіло мало б падати швидше чи повільніше, ніж раніше?
Земля приваблює свої дві половини так сильно, як раніше, і припій не може мати жодного ефекту прискорення або уповільнення падіння, оскільки він діє лише між половинками.
Як результат, подвоєння маси тіла не впливає на швидкість його падіння ".
Тож можна сказати, що якщо два тіла однакової ваги падають з однаковою швидкістю, то всі предмети, незалежно від ваги, падають з однаковою швидкістю.
Гравітаційна маса та інерційна маса
Але пояснимо, що відбувається, апелюючи до теорії Ньютона (і формули) гравітаційного притягання, а також до закону руху Ньютона (усіх).
Математичний вираз закону гравітаційного притягання це є
де,
G - є константою, яка називається гравітаційною константою,
М - - маса тіла, що здійснює гравітаційне тяжіння (у нашому випадку Землі)
m1 - - це "гравітаційна маса" об'єкта, про який йде мова
р - відстань між двома тілами (Земля і тіло, «притягнуте» до Землі, з якими ми експериментуємо)
Формула закону руху (другий закон динаміки)
де
м2 - є "інерційною масою" об'єкта, ви скажете, що тіло не може мати дві маси, "інерційну масу" і "гравітаційну масу", але це продемонстрував Ейнштейн, а саме, що дві маси рівні. різні формули).
з - це прискорення тіла.
виявляється, що
Заміна сили F зі значенням у формулі сили тяжіння, яке ми матимемо
Як видно з наведеної формули, прискорення тіла при вільному падінні в гравітаційному полі у вакуумі залежить від:
G - гравітаційна постійна (яка не змінюється);
М - маса Землі (яка не змінюється);
р - відстань між двома тілами.
m1 - гравітаційна маса тіла
м2 - інерційна маса тіла
Тож якщо m1 = м2, тоді прискорення тіла не залежить від його маси, тіла при вільному падінні в гравітаційному полі, у вакуумі падають з однаковою швидкістю.
Якщо замість цього m1 відрізняється від м2, тоді речі змінюються, безумовно.
Ейнштейн був тим, хто мав надзвичайну інтуїцію спостерігати еквівалентність між двома масами і, як результат, встановив те, що називається "принцип еквівалентностіМожливо, вас це враження не надто вразило, саме тому варто згадати, що весь ешафот загальна теорія відносності, що практично пояснює рух тіл у Всесвіті, має наслідком кривизну простору-часу, існування гравітаційні хвилі, існування чорних дір тощо. - базується на цій простій знахідці.
Але чи це так? Чи справді ці дві маси рівнозначні? (Для будь-якої теорії, яка не доведена експериментально, залишається лише теорією.) Експерименти показали, що ТАК. Нижче наведено дві експериментальні демонстрації.
Перевірка теорії на Місяці
В кінці останнього місячного вильоту місії "Аполлон-15" (НАСА) командир місії Девід Скотт здійснив демонстрацію в прямому ефірі падіння тіл в умовах відсутності атмосфери. Він використав важкий предмет, молоток 1,32 кг і клин сокола 0,03 кг, який одночасно випустив у місячний грунт з висоти близько 1,6 метра. Як видно із запису нижче, два предмети, молоток і перо, досягають землі одночасно.
Перевірка теорії у вакуумній камері
То яка відповідь, коротше кажучи, на питання "Чому яйця з різною масою падають з однаковою швидкістю?" Відповідь така: тому що гравітаційна маса об’єкта дорівнює його інерційній масі. Ви не чекаєте такої відповіді, правда? Якщо ви також розумієте незначну піддану математиці, тоді можете пояснити іншим фізичне явище, яке пояснено в цій статті.
Ось воно нарешті, як пояснює сам Ейнштейн падаючі тіла в гравітаційному полі:
Ви можете коментувати використання облікового запису на сайті, FB, Twitter або Google або як відвідувач (без реєстрації). Для відвідувачів коментарі помірні (схвалено адміністратором).