La costante gravitazionale descrive la forza di gravità intrinseca e può essere utilizzata per calcolare la forza gravitazionale tra due oggetti.
Conosciuto anche come “Big G” o Jla costante gravitazionale è stata inizialmente definita da Isacco Newton nella sua legge di gravitazione universale formulata nel 1680. È una delle costanti fondamentali della natura, con un Con un valore (6,6743 ± 0,00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (Si apre in una nuova scheda).
La forza gravitazionale tra due oggetti utilizzando la costante gravitazionale può essere calcolata utilizzando un’equazione che la maggior parte di noi incontra al liceo: la forza gravitazionale tra due oggetti si trova moltiplicando le masse di questi due oggetti (m1 e m2) e Jquindi dividi per il quadrato della distanza tra i due oggetti (F = [G x m1 x m2]/p^2).
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Keith Cooper è un giornalista scientifico ed editore freelance nel Regno Unito, laureato in Fisica e Astrofisica presso l’Università di Manchester. È l’autore di The Connection Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence (Bloomsbury Sigma, 2020) e ha scritto articoli su astronomia, spazio, fisica e astrobiologia per un gran numero di riviste e siti web.
costante gravitazionale
La costante gravitazionale è la chiave per misurare la massa di ogni cosa Universo.
Ad esempio, una volta nota la costante gravitazionale, essa viene coniugata con l’accelerazione di gravità una terra, si può calcolare la massa del nostro pianeta. Una volta che conosciamo la massa del nostro pianeta, conoscere le dimensioni e la durata dell’orbita terrestre ci permette di misurare la massa del nostro pianeta il Sole. Conoscere la massa del sole ci permette di misurare la massa di ogni cosa via Lattea Dall’interno all’orbita del sole.
misura della costante gravitazionale
Misurare J È stato uno dei primi esperimenti scientifici ad alta risoluzione e gli scienziati stanno esaminando se può variare per tempi e luoghi diversi nello spazio, il che potrebbe avere importanti implicazioni per la cosmologia.
Arrivare a un valore di 6,67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 per la costante gravitazionale è stato basato su un esperimento abbastanza intelligente del diciottesimo secolo, spronato dai tentativi di un geometra Disegna il confine tra Pennsylvania e Maryland (Si apre in una nuova scheda).
In Inghilterra, il mondo Henry Cavendish (Si apre in una nuova scheda) (1731-1810), interessato a calcolare la densità della Terra, realizzato (Si apre in una nuova scheda) Gli sforzi di quel geometra Destinato a fallire (Si apre in una nuova scheda) Perché le montagne vicine sottoporrebbero il filo a piombo dei topografi (uno strumento che fornisce una linea di riferimento verticale rispetto alla quale i topografi possono effettuare le loro misurazioni) a una leggera gravità, gettando via le loro letture. Se conoscono la taglia JPossono calcolare la forza gravitazionale delle montagne e regolare i loro risultati.
Quindi Cavendish decise di fare l’analogia, la misurazione scientifica più accurata realizzata fino a quel momento nella storia.
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sua esperienza È stato indicato comeTecnologia dell’equilibrio di torsioneComprendeva due manubri che potevano ruotare attorno allo stesso asse. Uno dei manubri aveva due palline attaccate a un’asta e ben sospese da fibre. Gli altri manubri presentavano un peso maggiore di 348 libbre (158 kg) di piombo che poteva ruotare su entrambi lato dei manubri più piccoli.
Quando i pesi più grandi sono stati posizionati vicino alle palline più piccole, l’attrazione gravitazionale delle palline più grandi ha attirato le palline più piccole, provocando la torsione delle fibre. Il grado di torsione ha permesso a Cavendish di misurare la coppia (forza di rotazione) del sistema di torsione. Quindi utilizzare questo valore per la coppia invece di “F‘Nell’equazione sopra descritta, insieme alle masse dei pesi e alle loro distanze, può riordinare l’equazione per calcolare J.
La costante gravitazionale può cambiare?
È una fonte di frustrazione tra i fisici perché “Big G” non è noto con tanti decimali come le altre costanti fondamentali. Ad esempio, il costo di un file elettrone noto a nove cifre decimali (1,602176634 × 10^-19 coulomb), ma J È solo accuratamente ridimensionato a soli cinque punti decimali. Frustranti, gli sforzi per misurarlo in modo più accurato Non sono d’accordo tra loro (Si apre in una nuova scheda).
Parte del motivo è che la gravità delle cose attorno al dispositivo sperimentale interferirà con l’esperimento. C’è però anche un forte sospetto che il problema non sia solo empirico, ma possa esistere Un po’ di nuova fisica al lavoro (Si apre in una nuova scheda). È anche possibile che la costante gravitazionale non sia così costante come pensano gli scienziati.
Negli anni ’60, il fisico Robert Dickey, il cui team iniziò a scoprire sfondo cosmico a microonde (CMB) di Arno Penzias e Robert Wilson nel 1964) – e Carl Brans sviluppò la cosiddetta teoria della gravitazione del tensore standard, come variazione di Albert Einstein‘S Teoria generale della relatività. Il campo scalare descrive una proprietà che può variare in diversi punti dello spazio (file L’analogia con la Terra è una mappa della temperatura, dove la temperatura non è costante, ma varia in base alla località). Se la gravità è un campo scalare, allora J Può avere valori diversi nello spazio e nel tempo. Ciò differisce dalla versione più accettata della relatività generale, che presuppone che la gravità sia costante in tutto l’universo.
Motohiko Yoshimura dell’Università di Okayama in Giappone ha suggerito che la teoria della gravitazione scalare può essere collegata inflazione cosmica con energia oscura. L’inflazione si è verificata in millisecondi dopo la nascita dell’universo e ha portato a una breve ma rapida espansione dello spazio che è durata tra 10^-36 e 10^-33 secondi dopo la grande esplosioneL’universo si è gonfiato da dimensioni microscopiche a macroscopiche, prima di spegnersi misteriosamente.
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energia oscura È la forza misteriosa che sta accelerando l’espansione dell’universo oggi. Molti fisici si sono chiesti se potrebbe esserci una connessione tra le due forze in espansione. Yoshimura suggerisce che ci sono – che entrambi sono manifestazioni del campo gravitazionale scalare che era a Molto più forte nell’universo primordialepoi si è indebolito, ma è tornato di nuovo forte con l’espansione dell’universo e la diffusione della materia.
Tuttavia, prova a scoprire eventuali differenze significative in J In altre parti dell’universo non hanno ancora trovato nulla. Ad esempio, nel 2015 sono emersi i risultati di uno studio di 21 anni sugli impulsi regolari di . pulsar PSR J1713 + 0747 Directory non trovata (Si apre in una nuova scheda) La gravità ha una forza diversa rispetto a qui nel sistema solare. No Osservatorio della Banca Verde e il Arecibo Radiotelescopio Segue PSR J1713+0747, che si trova a 3750 anni luce di distanza in un sistema binario con un Nana bianca. La pulsar è una delle più note e qualsiasi deviazione dalla “Grande G” si sarebbe rapidamente manifestata nella sua danza orbitale con la nana bianca e nel tempo dei suoi impulsi.
in dichiarazione (Si apre in una nuova scheda)Wei Zhou dell’Università della British Columbia, che ha condotto lo studio PSR J1713+0747, ha affermato: “La costante gravitazionale è una costante fondamentale in fisica, quindi è importante testare questa ipotesi di base utilizzando oggetti in luoghi, tempi e gravità diversi. condizioni: il fatto che vediamo la gravità si comporta allo stesso modo nel nostro sistema solare come nelle grandi distanze stella Il sistema aiuta a confermare che la costante gravitazionale è veramente globale”.
Risorse addizionali
revisione Prove di laboratorio sulla gravità (Si apre in una nuova scheda) Condotto dal gruppo Eöt-Wash dell’Università di Washington.
Per la revisione Tentativi di misurare la “grande G” (Si apre in una nuova scheda) E cosa potrebbero significare i risultati?
Britannica definizione di costante gravitazionale (Si apre in una nuova scheda).
indice
“Misurazione accurata della costante gravitazionale newtoniana (Si apre in una nuova scheda). Xue, Chao, e altri National Science Review (2020).
“Lo strano stato della costante gravitazionale (Si apre in una nuova scheda). Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (2022).
“Henry Cavendish (Si apre in una nuova scheda). Britannica (2022).
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