Constanta gravitațională

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 26 octombrie 2021; verificările necesită 4 modificări .

Constanta gravitațională, constanta lui Newton (notată de obicei G , uneori G N sau γ ) [1]  este o constantă fizică fundamentală , constantă de interacțiune gravitațională .

Conform legii gravitației universale a lui Newton , forța de atracție gravitațională F între două puncte materiale cu mase [2] m 1 și m 2 situate la distanța r este egală cu:

Factorul de proporționalitate G din această ecuație se numește constantă gravitațională . Din punct de vedere numeric, este egal cu modulul forței gravitaționale care acționează asupra unui corp punctual de unitate de masă dintr-un alt corp similar situat la o unitate de distanță de acesta.

Precizia măsurătorilor constantei gravitaționale este cu câteva ordine de mărime mai mică decât acuratețea măsurătorilor altor mărimi fizice [3] .

În unitățile Sistemului Internațional de Unități (SI) , valoarea constantei gravitaționale recomandată de Comitetul pentru Date pentru Știință și Tehnologie ( CODATA ) pentru 2020 [4] este:

G \u003d 6,67430 (15) 10 −11 m 3 s −2 kg −1 sau N m² kg −2 .

Constanta gravitațională stă la baza conversiei altor cantități fizice și astronomice, cum ar fi masele planetelor din univers, inclusiv Pământul, precum și alte corpuri cosmice, în unități de măsură tradiționale, cum ar fi kilogramele. În același timp, din cauza slăbiciunii interacțiunii gravitaționale și a preciziei scăzute care rezultă a măsurătorilor constantei gravitaționale, rapoartele maselor corpurilor cosmice sunt de obicei cunoscute mult mai precis decât masele individuale în kilograme.

Constanta gravitațională este una dintre unitățile de măsură de bază în sistemul de unități Planck .

Istoricul măsurătorilor

Constanta gravitațională apare în înregistrarea modernă a legii gravitației universale , dar a lipsit în mod explicit din Newton și din lucrările altor oameni de știință până la începutul secolului al XIX-lea. Constanta gravitațională în forma sa actuală a fost introdusă pentru prima dată în legea gravitației universale, aparent, abia după trecerea la un singur sistem metric de măsuri. Poate că pentru prima dată acest lucru a fost făcut de fizicianul francez Poisson în Tratatul de mecanică (1809), cel puțin nicio lucrare anterioară în care ar apărea constanta gravitațională nu ar fi fost identificată de istorici. .

În 1798, Henry Cavendish a pus bazele unui experiment pentru a determina densitatea medie a Pământului folosind o balanță de torsiune , pe care John Michell și-a propus să-l folosească pentru aceasta (Philosophical Transactions 1798). Cavendish a comparat oscilațiile pendulului unui corp de testare sub influența gravitației bilelor de masă cunoscută și sub influența gravitației Pământului. Valoarea numerică a constantei gravitaționale a fost calculată ulterior pe baza densității medii a Pământului. Precizia valorii măsurate a lui G a crescut de pe vremea lui Cavendish, dar rezultatul său [5] era deja destul de apropiat de cel modern.

Valoarea acestei constante este cunoscută cu mult mai puțin exact decât cea a tuturor celorlalte constante fizice fundamentale, iar rezultatele experimentelor privind rafinarea ei continuă să difere [6] [7] .

În același timp, se știe că problemele nu sunt legate de schimbarea constantei în sine din loc în loc și în timp ( invarianța constantei gravitaționale a fost verificată cu o precizie de Δ G / G ~ 10 −17 ), dar sunt cauzate de dificultăți experimentale în măsurarea forțelor mici, luând în considerare un număr mare de factori externi [8] . În viitor, dacă se stabilește experimental o valoare mai precisă a constantei gravitaționale, atunci aceasta poate fi revizuită [9] [10] .

În 2013, valoarea constantei gravitaționale a fost obținută de un grup de oameni de știință care lucrează sub auspiciile Biroului Internațional de Greutăți și Măsuri :

G \u003d 6,67554 (16) 10 −11 m 3 s −2 kg −1 ( eroare relativă standard 25 ppm (sau 0,0025%), valoarea publicată inițială a diferit ușor de cea finală din cauza unei erori în calcule și a fost corectată ulterior de către autori) [11] [12] .

În iunie 2014, în revista Nature a apărut un articol al unor fizicieni italieni și olandezi , prezentând noi rezultate ale măsurătorilor G efectuate cu ajutorul interferometrelor atomice [13] . Conform rezultatelor lor

G \u003d 6,67191 (99) 10 −11 m 3 s −2 kg −1 cu o eroare de 0,015% (150 ppm).

Autorii subliniază că, deoarece experimentul cu interferometre atomice se bazează pe abordări fundamental diferite, ajută la dezvăluirea unor erori sistematice care nu sunt luate în considerare în alte experimente.

În august 2018, în revista Nature , fizicienii din China și Rusia au publicat [14] rezultatele noilor măsurători ale constantei gravitaționale cu o precizie îmbunătățită (eroare 12 ppm, sau 0,0012%). Au fost utilizate două metode independente - măsurarea timpului de balansare a suspensiei de torsiune și măsurarea accelerației unghiulare , s- au obținut valorile lui G , respectiv:

G = 6,674184(78)⋅10 −11 m 3 s −2 kg −1 ; G = 6,674484(78)⋅10 −11 m 3 s −2 kg −1 .

Ambele rezultate se încadrează în două abateri standard ale valorii CODATA recomandate, deși diferă unele de altele cu ~2,5 abateri standard.

Conform datelor astronomice , constanta G practic nu s-a schimbat în ultimele sute de milioane de ani, rata variației sale relative (d G /d t )/ G nu depășește mai multe unități cu 10 −11  pe an [15] [16] [17] .

Vezi și

Note

  1. ↑ În relativitatea generală , simbolurile care folosesc litera G sunt rareori folosite, deoarece acolo această literă este de obicei folosită pentru a desemna tensorul Einstein.
  2. ↑ Prin definiție, masele incluse în această ecuație sunt mase gravitaționale , cu toate acestea, discrepanța dintre mărimea masei gravitaționale și a masei inerțiale a oricărui corp nu a fost încă găsită experimental. Teoretic, în cadrul ideilor moderne, ele nu sunt deloc diferite. Aceasta a fost, în general, ipoteza standard încă de pe vremea lui Newton.
  3. ↑ Noile măsurători ale constantei gravitaționale încurcă și mai mult situația Copie de arhivă din 25 august 2017 la Wayback Machine // Elements.ru , 13.09.2013
  4. ↑ CODATA Valori recomandate la nivel internațional ale  constantelor fizice fundamentale . Preluat la 7 martie 2020. Arhivat din original la 27 august 2011.
  5. ↑ Diferiți autori dau rezultate diferite, de la 6,754⋅10 −11 m²/kg² la (6,60 ± 0,04)⋅10 −11 m³/(kg s³) - vezi experimentul Cavendish#Valoare calculată .
  6. ↑ Gillies GT The Newtonian Gravitational Constant Arhivat 12 aprilie 2019 la Wayback Machine // Sevres (Franța), stagiar în birou. Poids et Mesures , 1983, 135 p.
  7. ↑ Lyakhovets V. D. Probleme de suport metrologic pentru măsurătorile constantei gravitaționale. // Probleme ale teoriei gravitației și particulelor elementare. Numărul 17. - M., Energoatomizdat, 1986. - p. 122-125.
  8. ↑ Igor Ivanov. Noile măsurători ale constantei gravitaționale încurcă și mai mult situația (13 septembrie 2013). Consultat la 14 septembrie 2013. Arhivat din original pe 21 septembrie 2013.
  9. ↑ Este constanta gravitațională atât de constantă? Copie de arhivă datată 14 iulie 2014 la Wayback Machine
  10. ↑ Brooks, Michael Poate câmpul magnetic al Pământului să influențeze gravitația? . New Scientist (21 septembrie 2002). Arhivat din original pe 8 mai 2015.
  11. ↑ Quinn Terry , Parks Harold , Speake Clive , Davis Richard. Determinarea îmbunătățită a lui G folosind două metode  //  Scrisori de revizuire fizică. - 2013. - 5 septembrie ( vol. 111 , nr. 10 ). — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.111.101102 .
  12. ↑ Quinn Terry , Speake Clive , Parks Harold , Davis Richard. Eroare: Determinarea îmbunătățită a lui G folosind două metode [Fiz. Rev. Lett. 111, 101102 (2013) ]  (engleză)  // Physical Review Letters. - 2014. - 15 iulie ( vol. 113 , nr. 3 ). — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.113.039901 .
  13. ↑ Rosi G. , Sorrentino F. , Cacciapuoti L. , Prevedelli M. , Tino GM Măsurarea de precizie a constantei gravitaționale newtoniene folosind atomi reci   // Nature . - 2014. - iunie ( vol. 510 , nr. 7506 ). - P. 518-521 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/nature13433 .
  14. ↑ Li Qing , Xue Chao , Liu Jian-Ping , Wu Jun-Fei , Yang Shan-Qing , Shao Cheng-Gang , Quan Li-Di , Tan Wen-Hai , Tu Liang-Cheng , Liu Qi , Xu Hao , Liu Lin -Xia , Wang Qing-Lan , Hu Zhong-Kun , Zhou Ze-Bing , Luo Peng-Shun , Wu Shu-Chao , Milyukov Vadim , Luo Jun. Măsurătorile constantei gravitaționale folosind două metode independente   // Natura . - 2018. - august ( vol. 560 , nr. 7720 ). - P. 582-588 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/s41586-018-0431-5 .
  15. ↑ van Flandern TC este schimbarea constantă gravitațională  //  The Astrophysical Journal . - Editura IOP , 1981. - Septembrie ( vol. 248 ). — P. 813 . - doi : 10.1086/159205 . - Cod biblic .
    Rezultat: (d G /d t )/ G = (−6,4 ± 2,2)×10 −11 an −1
  16. ↑ Verbiest JPW , Bailes M. , van Straten W. , Hobbs GB , Edwards RT , Manchester RN , Bhat NDR , Sarkissian JM , Jacoby BA , Kulkarni SR Precision Timing of PSR J0437−4715: An Accurate Pulsar Distance, a High Pulsar Mass , și o limită a variației constantei gravitaționale a lui Newton  //  The Astrophysical Journal . - Editura IOP , 2008. - 20 mai ( vol. 679 , nr. 1 ). - P. 675-680 . — ISSN 0004-637X . - doi : 10.1086/529576 .
    Rezultat: | Ġ / G | ≤ 2,3 × 10 −11 ani −1
  17. ↑ Explozia stelelor dovedește invariabilitatea gravitației newtoniene în spațiu-timp . Preluat la 24 martie 2014. Arhivat din original la 24 martie 2014.

Link -uri

 unități Planck
Principal
Unități derivate
Folosit in
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice