Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Гравітаційне поле



План:


Введення

Гравітаційне поле, або поле тяжіння - фізичне поле, через яке здійснюється гравітаційна взаємодія [1].


1. Гравітаційне поле в класичній фізиці

Закон тяжіння Ньютона

В рамках класичної фізики гравітаційна взаємодія описується "законом всесвітнього тяжіння" Ньютона, згідно з яким сила гравітаційного тяжіння між двома матеріальними точками з масами m 1 і m 2 пропорційна обом масам і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

F = G \ frac {m_1 m_2} {R ^ 2}

Тут G - гравітаційна постійна, приблизно рівна 6 {,} 673 \ cdot 10 ^ {-11} м / (кг с ), R - Відстань між точками.

Для розрахунку поля в більш складних випадках, коли тяжіють маси не можна вважати матеріальними точками, можна скористатися тим фактом, що поле ньютонівського тяжіння потенційно. Якщо позначити щільність речовини ρ, то потенціал поля φ задовольняє рівнянню Пуассона :

Δφ = - 4π G ρ

2. Недоліки ньютонівської моделі тяжіння

Практика показала, що класичний закон всесвітнього тяжіння дозволяє з величезною точністю пояснити і передбачити рухи небесних тіл. Однак ньютонівська теорія містила низку серйозних недоліків. Головний з них - нез'ясовне дальнодействие : сила тяжіння передавалася невідомо як через абсолютно порожній простір, причому нескінченно швидко. По суті ньютонівська модель була суто математичною, без будь-якого фізичного змісту. Крім того, якщо Всесвіт, як тоді припускали, евклидова і нескінченна, і при цьому середня щільність речовини в ній ненульова, то виникає гравітаційний парадокс : потенціал поля всюди звертається в нескінченність. В кінці XIX століття виявилася ще одна проблема: помітне розбіжність теоретичного і спостережуваного зсуву перигелію Меркурія.

Протягом більше двохсот років після Ньютона фізики пропонували різні шляхи удосконалення ньютонівської теорії тяжіння. Ці зусилля увінчалися успіхом в 1915, зі створенням загальної теорії відносності Ейнштейна, в якій всі зазначені труднощі були подолані. Теорія Ньютона виявилася наближенням більш загальної теорії, застосовним при виконанні двох умов:

  1. Гравітаційний потенціал у досліджуваній системі не надто великий (багато менше c 2 ).
  2. Швидкості руху в цій системі незначні в порівнянні з швидкістю світла.

3. Гравітаційне поле в загальній теорії відносності

У загальній теорії відносності (ЗТВ) гравітаційне поле є не окремим фізичним поняттям, а властивістю простору-часу, що з'являються в присутності матерії. Цим властивістю є неевклідової метрики (геометрії) простору-часу, і матеріальним носієм тяжіння є простір-час. Той факт, що гравітацію можна розглядати як прояв властивостей геометрії чотиривимірного неевклідова простору, без залучення додаткових понять, є наслідок того, що всі тіла в полі тяжіння отримують однакове прискорення ( "Принцип еквівалентності" Ейнштейна). Простір-час при такому підході набуває фізичні атрибути, які впливають на фізичні об'єкти і самі залежать від них.

Простір-час ОТО являє собою псевдоріманове різноманіття зі змінною метрикою. Причиною викривлення простору-часу є присутність матерії, і чим більше її енергія, тим викривлення сильніше. Для визначення метрики простору-часу при відомому розподілі матерії треба вирішити рівняння Ейнштейна. Ньютонівська ж теорія тяжіння являє собою наближення ОТО, яке виходить, якщо враховувати тільки "викривлення часу", тобто зміна тимчасової компоненти метрики, g 00 [2] (простір в цьому наближенні евклидово). Поширення збурень гравітації, тобто змін метрики при русі маси, відбувається з кінцевою швидкістю, і дальнодействие в ОТО відсутня.

Інші суттєві відмінності гравітаційного поля ОТО від ньютонівського: можливість нетривіальною топології простору, особливих точок, гравітаційні хвилі.


Примітки

  1. Радянський енциклопедичний словник - 2-е изд. - М .: Радянська енциклопедія, 1982. - С. 332.
  2. Ландау, Л. Д., Ліфшиц, Є. М. Теорія поля - Видання 7-е, виправлене. - М .: Наука, 1988. - 512 с. - ( "Теоретична фізика", том II). - ISBN 5-02-014420-7. , "Закон Ньютона".

Література

  • Дубошін Г. Н. Небесна механіка. Основні завдання і методи / Глав. ред. фіз.-мат. лит - М .: Наука, 1968. - 800 с.
  • Іваненко Д. Д., Сарданашвілі Г. А. Гравітація - 3-е изд. - М .: УРСС, 2008. - 200 с.
  • Мізнер Ч., Торн К., Уїлер Дж. Гравітація - М .: Світ, 1977.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Гравітаційне червоне зміщення
Поле
Куликове поле
Марсове поле
Світлове поле
Дівоче поле
Поле напрямків
Просте поле
Футбольне поле
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru