Co je to gravitace?


Popis stránky

Co je to gravitace?
Tipy na dárky


Newtonův gravitační zákon

Isaac Newton se domníval, že gravitace je síla, kterou vytváří každé hmotné těleso a touto silou působí na své okolí.

Tělesa se navzájem přitahují dle vzorce, který se nazývá Newtonův gravitační zákon

Fg = G * ((m1*m2)/r2)
Newton gravitacni zakon

Gravitační konstanta

G gravitační konstanta se rovná přibližně: G = 6.67×10−11 N m2 kg-2

Newtonova teorie má jeden velký nedostatek. Dle Newtona se působení gravitační sily projeví okamžitě v celém vesmíru, což je v rozporu Einsteinovou teorií, že nejvyšší rychlost šíření informace vesmírem je rychlost shodná s rychlostí světla ve vakuu.


Albert Einstein a jeho teorie zakřiveného prostoročasu

Albert Einstein proto vytvořil novou teorii v níž se domníval, že hmota, čas a prostor se navzájem ovlivňují a nemohou existovat nezávisle na sobě.
Například pro určení polohy tělesa v prostoru potřebujeme znát nejen jeho pozici na souřadnicích y,y,z, ale taky čas, kdy se na této poloze nachází.
Toto prostředí pak nazval "prostoročasem".
To jej dále vedlo k myšlence, že gravitace se šíří prostorem shodnou rychlostí jako světlo a že gravitace by hmota mohla zakřivovat prostor + čas kolem sebe.
Tím by tělesa, při svém pohybu tímto prostoročasem byla nucena měnit směr dráhy dle tohoto zakřivení, které i sama svou hmotností vytvářejí.

Jako příklad si můžeme představit molitanovou matraci po které budeme pouštět malou kuličku. Pokud bude matrace rovná, kulička se při kutálení neodchýlí od přímého směru.
Pak na matraci položíme těžkou bowlingovou kouli.
Koule kolem sebe vlastní hmotností matraci zdeformuje.
Nyní znovu necháme po matraci kutálet malou kuličku. Jakmile se tato malá kulička ocitne v deformovaném prostoru, tak bude vychylovaná ze své dráhy. Pokud její rychlost nebude dostatečná, zůstane v důlku přitisknutá k bowlingové kouli. V opačném případě se jí podaří překonat tento deformovaný prostor, ale její dráha již bude ovlivněna tímto prostorem, kterým prošla. Ve vesmírném prostoru, kde nepůsobí tření, může nastat i případ, kdy těleso se stane satelitem většího tělesa a bude kolem něj obíhat. Sice obíhají kolem sebe navzájem, ale při velmi rozdílných hmotnostech se nám jeví, jako by nepatrné těleso obíhalo, kolem svého hmotného obra (Slunce - Země).

gravitation-newton-einstein.jpg

Zrychlení času

Albert Einstein dále předpověděl, že čas bude plynout rychleji se vzdáleností od tělesa. Například hodiny družice na oběžné dráze kolem Země se zrychlují oproti hodinám umístěným na Zemi.
Zkusme si to představit, jako člověka který nese pytel brambor,sotva se vleče i on i čas - působí na něj ta zátěž - gravitace mnohem více, než když pak pytel odloží. To se mu potom vykračuje a cesta rychleji ubíhá, když ho již gravitace tak netíží.

Na družici působí Země menší gravitací, její čas bude plynout rychleji oproti povrchu Země, kde je gravitace silnější.
spacetime-einstein.jpg

Zpomalení času

Opačně Einstein předpověděl, že při pohybu velkými rychlostmi bude čas tělesa plynout pomaleji.
Zase si zkusme jako pomůcku představit, že sedíme v autě, které neustále zrychluje, jsme vtláčeni do sedadla a sotva můžeme dýchat. Jako by na nás působila gravitace na zemském povrchu, když by na nás někdo položil těžký předmět.
Je nám to nepříjemné a čas se vleče - odtud si zapamatujeme, že čas tělesa běží tím pomaleji, čím vyšší je rychlost tělesa.

S oběma výše uvedenými jevy je třeba počítat při instalaci, komunikaci a ovládání družic.
Zejména navigační družice vykazovaly již po 24 hodinách takové odchylky, že bylo nutno provádět úpravy, které jsou v souladu s tím co Einstein předpověděl.

Dle Einsteina hmota zakřivuje prostoročas (spacetime en)

einstein-gravitaion-theory.png gravitace-zakrivuje-prostor.jpg

Gravitační síla uděluje všem objektům ve vakuu stejné gravitační zrychlení, nezáleží na jejich velikosti, ani hmotnosti

Ve vakuu budou padat předměty k zemi se stejným gravitačním zrychlením, ať je to pírko, nebo olověné závaží. Například, pokud budou současně vypuštěny dvě kuličky, jedna z olova, druhá z plastu, stejného průměru, ze stejné výšky a ve vakuu, dopadnou na podlahu ve stejný okamžik.

Gravitační čočky

Tak jako skleněná optická čočka mění dráhu paprsku a lidské oko pak daný předmět vidí zvětšeně ( typ čočky:spojka), tak i hmotné objekty v našem Vesmíru ohýbají dráhu světla, vyzařovaného z objektů za nimi a tím je zvětšují. Tento jev nazýváme gravitační čočky a využití pak gravitační čočkování.
Jako gravitační čočka může posloužit například i galaxie a tím můžeme vidět i galaxii, která je za ní ukrytá a normálně bychom jí neviděli.
Můžeme dokonce vidět vzdálený objekt i několikrát, např. 4 krát.
Také děje, které se odehrávají v zákrytové galaxii můžeme pozorovat s různým časovým posuvem. Takže supernovu, která zazářila v zákrytové galaxii, můžeme pozorovat např. 4x a to s časovým rozestupem v řádu měsíců až let.

Na obrázku níže může pozorovatel, díky gravitačnímu čočkování, vidět hvězdu, která by jinak byla v zákrytu za jinou hvězdou a díky ohybu paprsků ji bude vidět i o něco větší v závislosti na velikosti zakřivení dráhy paprsku.

Gravitační vlny a rychlost jejich šíření

Před vědci na celém světě stál velký problém. Jak ověřit rychlost šíření gravitačních vln a prokázat jejich existenci.
To se podařilo teprve v roce 2015, tedy přibližně 100 let po té, co Einstein publikoval svou Obecnou teorii relativity.
Na detekci gravitačních vln byl sestroj speciální zařízení v USA nazvané LIGO (The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).
Zařízení se skládá ze dvou ramen na sebe kolmých dlouhých 4 km. Laserový paprsek je polopropustným, nakloněným zrcadlem nasměrován do obou ramen (část paprsku projde a část je odražena do kolmého ramene). Na konci ramene se odrazí a putuje zpět. Pokud 4 km dlouhá ramena něco ovlivní projeví se to na neshodě fází frekvence vracejících se paprsků a to zaznamená detektor. Okamžitě jsou prohledávány záznamy oblohy, jestli se neudálo něco mimořádného (např. spojení dvou černých děr atd.). Pak se vše musí pečlivě vyhodnotit a porovnat s dalšími zařízeními obdobného typu např. v Evropě. Pokud i ostatní zařízení prokážou stejnou událost ve stanovený čas, pak lze S velkou pravděpodobností tvrdit, že šlo o detekování gravitačních vln.
Detekcí gravitačních vln byla určena také rychlost jejich šíření, která se jeví jako shodná s rychlostí světla.

Na obrázku níže dva velmi hmotné objekty obíhají kolem sebe, ale neustále se přibližují. Těsně před jejich splynutím dochází k vytváření tak masivních gravitačních vln, že je bylo možno zachytit i na obrovskou vzdálenost.
facebook share button

Pranostiky - počasí






KONEC MOJE IP VYPISY


Share
Share
Tweet