Номер 5, страница 124, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Основы динамики. Параграф 28. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 5, страница 124.

Условие.

• Везде ли справедлив закон всемирного тяготения.

Решение.

Везде ли справедлив закон всемирного тяготения.

Закон всемирного тяготения, сформулированный Исааком Ньютоном, является одним из фундаментальных законов классической физики. Он гласит, что сила гравитационного притяжения $\text{F}$ между двумя материальными точками с массами $m_1$ и $m_2$, находящимися на расстоянии $\text{r}$ друг от друга, пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

$F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$

где $\text{G}$ — гравитационная постоянная.

Этот закон с очень высокой точностью описывает гравитационное взаимодействие в широком диапазоне условий: от падения тел на Землю до движения планет, спутников и других небесных тел в Солнечной системе. Однако он не является абсолютно универсальным и имеет свои пределы применимости.

1. Сильные гравитационные поля и релятивистские скорости. Закон Ньютона является приближением более общей и точной теории — общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. В условиях очень сильных гравитационных полей (например, вблизи черных дыр или нейтронных звезд) или при движении тел со скоростями, близкими к скорости света, предсказания ньютоновской теории становятся неточными. ОТО описывает гравитацию не как силу, а как искривление пространства-времени массой и энергией. Одним из классических примеров, где ОТО дает правильное описание, а закон Ньютона — нет, является аномальное смещение перигелия орбиты Меркурия, которое невозможно полностью объяснить в рамках ньютоновской гравитации.

2. Космологические масштабы. При наблюдениях за движением звезд на окраинах галактик и движением галактик в скоплениях было обнаружено, что их скорости вращения слишком велики, чтобы их можно было объяснить только гравитацией видимого вещества (звезд, газа, пыли) согласно закону Ньютона. Это привело к гипотезе о существовании темной материи — невидимого вещества, создающего дополнительную гравитацию. Кроме того, наблюдение за ускоренным расширением Вселенной привело к введению понятия темной энергии. Хотя эти концепции не отменяют сам закон тяготения, они показывают, что для описания Вселенной в самых больших масштабах его одного недостаточно.

3. Квантовые масштабы. На микроскопическом, субатомном уровне закон всемирного тяготения также перестает работать. Для описания гравитации на уровне элементарных частиц требуется теория квантовой гравитации, которая до сих пор не создана. Объединение общей теории относительности и квантовой механики является одной из главных нерешенных задач современной физики.

Таким образом, закон всемирного тяготения справедлив и чрезвычайно полезен в рамках классической механики (для макроскопических тел, движущихся с нерелятивистскими скоростями и в не слишком сильных гравитационных полях), но он является частным случаем более общих теорий, необходимых для описания Вселенной в экстремальных условиях.

Ответ: Нет, закон всемирного тяготения не справедлив везде. Он является точным приближением для большинства повседневных и астрономических явлений, но его предсказания становятся неточными в очень сильных гравитационных полях (где применяется общая теория относительности), на космологических масштабах (где для объяснения наблюдений вводятся понятия темной материи и темной энергии) и на субатомном уровне (где требуется пока не созданная теория квантовой гравитации).