Tajemný vesmír - 2x17 Gravitace

rubrika: 1.5 Astrofyzika


Sedmnáctá epizoda druhé série amerického dokumentárního televizního seriálu Tajemný vesmír je věnována gravitaci.

 

Axina


Gravitace je univerzální silové působení mezi všemi formami hmoty. Gravitace je přitažlivou silou mezi tělesy. Má nekonečný dosah. Gravitace vytváří náš svět.

 

Naše Slunce vzniklo z rozsáhlého oblaku plynu, který se gravitačně smršťoval. Podobně i naše Země vznikla gravitačním přitahováním malých částic, které postupně rostly ve větší a větší objekt. Přitažlivá síla gravitace řídí chod a pohyb veškeré hmoty ve vesmíru. Členové hmotných soustav obíhají vždy kolem společného těžiště. Měsíce kolem planet, planety kolem svých hvězd, hvězdy kolem středu galaxie. Kolem společného těžiště obíhají navzájem i galaxie nebo kupy galaxií.

 

Vědci jsou po staletí posedlí ovládnutím a praktickým využitím této neúprosné síly. Galileo Galilei, italský astronom 17. století, jako první rozpoznal přítomnost gravitace. Zjistil, že tělesa s různými hmotnostmi padají stejnou rychlostí.

 

Na základě analýzy pohybu Měsíce kolem Země, planet kolem Slunce a na základě znalosti Keplerových zákonů formuloval  Isaac Newton, anglický matematik a fyzik 17. století, svoji gravitační teorii. Vyjádřil ji Newtonovým gravitačním zákonem: Přitažlivá síla gravitace závisí na hmotnosti a vzdálenosti těles. Její velikost je přímo úměrná součinu hmotností těles a tzv. gravitační konstanty a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi tělesy. Newtonův gravitační zákon je důležitou částí klasické fyziky. Je však použitelný pouze pro slabá gravitační pole, v nichž se tělesa pohybují malými rychlostmi ve srovnání s rychlostí světla.

 

Isaac Newton zjistil, jak gravitace funguje. Ale bylo potřeba geniality Alberta Einsteina, německého teoretického fyzika 20. století, abychom odhalili, proč tak funguje. Einstein pochopil, že gravitace je způsobena obrovskými objekty (jako jsou hvězdy a planety), které zakřivují prostor. Einstein odhalil, že dráhy planet kolem hvězd jsou přímým výsledkem tohoto zakřivení prostoru. To, co nazýváme dráhou planety, je ve skutečnosti pohybem po přímé čáře. Když něco padá volným pádem, pohybuje se to po přímé čáře v časoprostoru. Zakřivení časoprostoru ohýbá tento pohyb do podoby uzavřené eliptické dráhy. 

Potvrzením Einsteinova revolučního objevu je chování hvězd a planet na jejich oběžných drahách v pozorovatelném vesmíru. Nejlépe to bylo prokázané na pohybu Merkuru, planety nejbližší Slunci. Velká poloosa dráhy Merkuru se stáčí o přibližně 5600 obloukových vteřin za století ve směru oběhu. To je z 99,23 % vysvětlitelné Newtonovým gravitačním zákonem. Zbývající odchylka 43 vteřin za století byla vysvětlena až obecnou teorií relativity. Naměřená odchylka dráhy se tak stala jedním z důkazů platnosti této teorie.

Einstein zjistil, že hmota ohýbá nejen prostor, ale i čas. Prohlásil, že fyzikové by neměli hovořit odděleně o prostoru a času, ale o časoprostoru jako celku. Einsteinovo poznání, že prostor je zakřivený a že čas a prostor jsou ve skutečnosti propojeny, se stalo základem současné definice gravitace.
Pro silná pole a velké rychlosti (relativistické, blížící se rychlosti světla) se tedy používá k popisu gravitace obecná teorie relativity. (Ta platí i pro slabé pole a malé rychlosti).

 

Kvantovou teorii gravitace se zatím nepodařilo vytvořit. Hledaná kvantová teorie gravitace předpokládá existenci další elementární částice zvané graviton.
 

 

V roce 2013 byl uveden do kin sci-fi thriller Gravitace, natočený v koprodukci USA a Velké Británie. V hlavních rolích Sandra Bullock a Goerge Clooney. Režie Alfonso Cuarón. Oficiální trailer s českými titulky zde.

 


komentářů: 11         



Komentáře (11)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Web  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

Axina
11
Axina * Web 01.02.2017, 19:49:02
Miloši, děkuji za krásný dlouhý příspěvek.
Co k tomu říct? Pořád se mi potvrzuje, že zážitky z dob studií nás poznamenají na celý život. Mnohé člověk zapomene, ale na náročného, nekompromisního, svérázného, tvrdého pedagoga nikdy. Jak jsem psala v komentáři k tomu článku - duše člověka na prahu dospělosti je křehká a zranitelná. Neuměli jsme se tomu stresu, který profesor Kohoutek vyvolával, postavit. Byla to svým způsobem škola života, ale já zrovna nejsem přívržencem metody "hodit neplavce do hluboké vody".

10
Miloš (neregistrovaný) 01.02.2017, 18:56:53
Článek o tvé maturitě jsem si přečetl s trochu kyselým pobavením. Protože jsem do Brna přišel z okresního města, nezažil jsem na technice přímo své učitele ze střední, ale ve cvičeních nás buzerovali jako asistenti dva profesoři z gymnázia a byl to opravdu horor. Tehdy nebyl k dispozici Excel a počítání chyb absolutních, relativních, středních hodnot a rozptylů byla fuška, elaboráty jsme psali ručně, grafy vykreslovali s pomocí křivítka a pak se na to podíval jeden z těch zakomplexovaných pitomců, kteří na VŠ nic než cvičit nemohli, a řekl, že to nemůže přečíst a je třeba celý protokol úhledně přepsat, nebo napsat na stroji. A ten jsme neměli ani doma, ne tak na kolejích. Myslím, že tihle lidé s vojenskými manýry, přesně jako tvůj vyučující, měli za úkol méně odolné typy zlikvidovat hned na začátku studia. V druhém ročníku to už bylo veselejší, tam už vládly normální poměry a ze souhrnné třísemestrové zkoušky jsem po dvou dvojkách dostal 1.
Ještě však čekalo úskalí ve 4. ročníku, v Brně legendární prof. Kalendovský na VUT FE z předmětu Teorie přenosu zpráv likvidoval celé studijní skupiny, sám přitom přednášel úplně zmateně, žádnou učebnici nenapsal, ale u zkoušky se psal na to, co mu slina přinesla na jazyk, třeba na vyjmenovaná slova po "m" a kdo zaváhal, hned ho vyhodil. Naštěstí ale už v mém případě tam nebyl.
Tehdy neexistovalo bakalářské studium a zásluhou Kalendovského řada studentů ve škole ztratila 5 let (4. ročník kvůli němu opakovali, ale ani to jim nepomohlo), aniž by získali vzdělání.
Ani žádné stížnosti nepomáhaly, byl stranickým papalášem, dokonce nějakou dobu i děkanem a všichni se ho báli.
Úsměvné ale bylo, jak se mu to vrátilo, po dovršení důchodového věku mu nový děkan neprodloužil smlouvu (tehdy se s věkem do důchodu odcházelo automaticky), on se pak ucházel na fakultě o místo vrátného, ale ani to mu nedali, že by to bylo degradací profesorského stavu.

Axina
9
Axina * Web 01.02.2017, 09:30:24
Také jsem absolvovala na elektrofakultě. Sice o 5 let později, ale zřejmě to bylo ohledně fyziky stejné. Ovšem na gymnasiu jsem byla studentkou pana profesora Kohoutka! Usmívající se
http://www.axina.cz/blog/zazitky/52-jak-jsem-maturovala-z-fyziky.html

8
Miloš (neregistrovaný) 31.01.2017, 22:38:12
Aha, gravitační síla působí jen do nitra Země.
Video jsem zběžně zhlédl, ale to víš, že jsem i posouval dopředu :).
K fyzice jsem vždy vzhlížel k úctou, připadne mně asi tak 10-krát obtížnější než matematika. Na elektrofakultě jsme měli souhrnnou zkoušku za tři semestry a učil jsem se na ni intenzivně 3 týdny.

Axina
7
Axina * Web 31.01.2017, 15:56:07
Kdosi už konstatoval, že řeč je pramenem nedorozumění Usmívající se

První polovina té hypotetické cesty tunelem do nitra Země je volný pád. Volný pád je pohyb rovnoměrně zrychlený. Zrychlení na Zemi je ono známé g=9,81 m/s2 (přibližně).
Na začátku cesty je rychlost nula, pak se rychlost rovnoměrně zvětšuje. Cestovateli pomáhá gravitace. Nejvyšší rychlosti dosáhne cestovatel na konci sestupné části dráhy (v nitru Země). Druhou polovinu té cesty vykoná díky setrvačnosti. Jeho rychlost se z té nejvyšší dosažené zvolna zmenšuje. Cestovateli už gravitace nepomáhá, naopak strhává ho zpátky. Po dokončení vzestupné dráhy (v cíli cesty, na povrchu Země) je jeho rychlost nulová.

Miloši, udělej mi radost, pusť si prosím to video (1 díl TV seriálu Tajemný vesmír). Tam je to perfektně řečeno odborníky. Já k videím dávám jen laický komentář. Zato s výběrem videí si dávám práci. Za jeden z nejlepších dílů seriálu považuji ten, který byl publikován na blogu loni 28.12. - Za Velkým třeskem.

6
Miloš (neregistrovaný) 31.01.2017, 15:06:04
Vůbec nechápu, jak píšeš, že by se rychlost za středem Země měla snižovat.
A ta rostoucí teplota mě už předtím napadla. Už ve dvou metrem pod úrovní cesty voda v přívodní trubce nezamrzne a v trubkách domu ano.
A těch tunelů! Usmívající se. Jeden do Austrálie, druhý do USA, další do Rio de Janeira, po čem kdo zatoužil :)

Axina
5
Axina 31.01.2017, 09:38:15
[4] Celé je to samozřejmě v teoretické rovině. Mne jako první napadla nereálnost situace vzhledem k charakteru nitra zeměkoule (žhavé jádro). Ale on ten "výtah" by fungoval i po dráze, která by vedla mimo střed Země. Doba cestování by se trochu prodloužila, ale pořád by to byl nejrychlejší způsob cestování na planetě. Ještě že tak málo lidí (a hlavně politiků) se zajímá o fyziku! Jinak máme planetu samý tunel a na obzoru rozpad její soudržnosti.
Dobržďování kupodivu problém není. Rychlost pádu by se až do poloviny cesty plynule zvyšovala a v druhé polovině zase plynule snižovala. Jako na horské dráze ve tvaru písmene U (viz video). Na kratičký okamžik by byla rychlost - po doražení objektu do cíle - nulová. Tehdy by nastal ten hlavní problém. Rychle opustit tunel. Jinak jedeme nazpátek. Při eliminaci tření takové perpetuum mobile Usmívající se

4
Miloš (neregistrovaný) 30.01.2017, 23:05:23
[1] všechnA tělesa

[2] List papíru by asi také plachtil a nespadl stejně rychle jako kámen.

[3] Za 38 min na druhou stranu zeměkoule, to by byla paráda. Jen si nedovedu představit dobržďování Mrkající

Axina
3
Axina 29.01.2017, 21:42:18
A měla bych tady jednu otázku za milion Usmívající se
Jak dlouho by trval volný pád tunelem vedoucím skrz Zeměkouli...?

http://procproto.cz/objevy-2/jak-dlouho-by-trval-volny-pad-tunelem-vedoucim-skrz-zemekouli/

Axina
2
Axina 29.01.2017, 21:35:57
Ještě méně je stravitelná představa, že padá stejně rychle třeba peříčko a dělová koule. Ono při pokusu by to nejspíš dopadlo tak, že kovová koule by podle očekávání dopadla na zemi dřív. Ale to nelze brát za regulérní pokus. Do hry se dostaly i další fyzikální síly. Například peříčko bylo nadnášeno vzduchem. Ale ve vakuu to dopadne skutečně v souladu s Newtonovým gravitačním zákonem.

1
Miloš (neregistrovaný) 29.01.2017, 21:17:08
Galileovo zjištění, že všechny tělesa bez ohledu na hmotnost padají stejnou rychlostí, je opravdu velmi překvapivé. Vůbec bych nepředpokládal, to může platit třeba pro cihlu a malý kamínek.
Škoda jen, že gravitační sílu nejde vypínat a nemůžeme létat jako ptáci.

«     1     »