მიზიდულობის მოვლენა. სიმძიმის ძალა

რატომ იზიდავს დედამიწა სხეულებს? საუკუნეების და ათასწლეულების განმავლობაში აკვირდებოდა ადამიანი სხეულთა ვარდნას და ცდილობდა ეპასუხა ამ კითხვისთვის. ასევე ცდილობდა აეხსნა: რა არის მთის ფერდობებიდან ზვავების ვარდნის, ჩანჩქერებისა და მდინარეების დინების მიზეზი (ნახ.1)?

ნახ.1

რატომ გააჩნია ჰორიზონტალურად გასროლილ სხეულს ტრაექტორიას წრფივი  ფორმის ნაცვლად   მრუდე ფორმა (ნახ.2)?

ნახ.2

არსებობდა მხოლოდ ვარაუდები და ჰიპოთეზები, რომელიც არცთუ დამაჯერებლად იძლეოდა ამ კითხვებზე პასუხს.

გამოჩენილმა ინგლისელმა მეცნიერმა ისააკ ნიუტონმა (1643-1727) შექმნა ექსპერიმენტულ მონაცემებზე დაფუძნებული და მათემატიკური ანალიზით დასაბუთებული ბრწყინვალე თეორია, რომელმაც დამაჯერებელი პასუხი გასცა ყველა იმ კითხვას, რომლებზეც ზემოთ გვქონდა საუბარი. 23 წლის ნიუტონის მოსაზრებები ეყრდნობოდა მისი წინამორბედების კეპლერის, კოპერნიკის, გალილეის  სამეცნიერო შრომებს და გამდიდრებული იყო საკუთარი ექსპერიმენტული კვლევებით. ნიუტონი წერდა, რომ პირველად დედამიწის მიერ მთვარის მიზიდვის შესახებ იდეა დაებადა მას შემდეგ, რაც დაინახა, როგორ ჩამოვარდა ვაშლი ხიდან. იგი ამ დროს სწორედ მთვარის მოძრაობაზე ფიქრობდა (ნახ.3). იქნებ დედამიწის მიზიდულობის ძალა განაპირობებს დედამიწის ირგვლივ წრიულ ორბიტაზე მთვარის მოძრაობას, რასაც თან ახლავს მისი სიჩქარის მიმართულების ცვლილება, ანუ სიჩქარის ცვლილება? სწორედ ამ ვარაუდს ეყრდნობოდა მისი თეორია.

 

ნახ.3

ნიუტონის მიხედვით, ბუნების კანონია ის, რომ სამყაროში ყველა სხეული ერთმანეთს იზიდავს. დედამიწა იზიდავს მთვარეს, მთვარე კი – დედამიწას. სწორედ მთვარის მიზიდულობის ძალა განაპირობებს  წყლის მიმოქცევას დედამიწაზე – ზღვებისა და ოკეანეების წყლის უზარმაზარი მასის რამდენიმე მეტრით მაღლა აწევას დღე-ღამეში  2-ჯერ.

მიზიდულობის ძალა მეტია, რაც მეტია სხეულთა მასები. ჩვენ ვერ ვგრძნობთ, როგორ იზიდავს საკლასო ოთახში ერთი მერხი მეორეს, რადგან ეს ძალა ძალიან მცირეა, მაგრამ თუ ერთ-ერთი სხეულის მასა ძალიან გაიზრდება, მათ შორის  მიზიდულობა თვალსაჩინო გახდება. ჩვენ ირგვლივ ყველაზე დიდი სხეული დედამიწაა, ამიტომაც იზიდავს იგი ყველა სხეულს. მიზიდულობის ძალა, მასის გარდა, სხეულებს შორის მანძილზეც არის დამოკიდებული. რაც მეტია ეს მანძილი, მით სუსტია ძალა. ეს ფაქტი ძალიან ჰგავს მაგნიტისა და რკინის ურთიერთქმედებას. მაგნიტთან რკინის სხეულის მიახლოებისას ურთიერთქმედება ძლიერდება და დაშორებისას – პირიქით, სუსტდება.

ამგვარად, სამყაროში არსებული ყველა სხეული, რომელსაც მასა გააჩნია, ერთმანეთს იზიდავს. ამ ურთიერთქმედების ბუნება მეცნიერებს დღემდე ვერ აუხსნიათ, თუმცა აქტიურად მუშაობენ ამ მიმართულებით. ძალას, რომლითაც სხეულები ერთმანეთს იზიდავს, მსოფლიო მიზიდულობის ძალა ეწოდება. კანონს, რომელიც მათემატიკურად აღწერს დამოკიდებულებას მიზიდულობის ძალას, სხეულთა მასებსა და მათ შორის მანძილს, მსოფლიო მიზიდულობის კანონი ეწოდება, სხვანაირად, მას ნიუტონის მეოთხე კანონსაც უწოდებენ. ამ კანონს, ნიუტონის დანარჩენ სამ კანონთან ერთად  მომავალში უფრო დაწვრილებით გავეცნობით.

ჩვენთვის, როგორც დედამიწაზე მცხოვრებთათვის, განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ძალა, რომლითაც დედამიწა იზიდავს სხეულებს. ამ ძალას სიმძიმის ძალა ეწოდება. ანუ სიმძიმის ძალა მსოფლიო მიზიდულობის ძალის ერთგვარი კერძო შემთხვევაა.

ცდებით დადგენილია, რომ სიმძიმის ძალა სხეულის მასის პირდაპირპროპორციულია. შესაბამისად, რამდენჯერაც ერთი სხეულის მასა მეორის მასზე მეტია, იმდენჯერ მეტია პირველ სხეულზე მოქმედი სიმძიმის ძალა მეორე სხეულზე მოქმედ  სიმძიმის ძალაზე. ამიტომ დიდი მასას სხეულზე ამბობენ, იგი უფრო მძიმეა, ვიდრე მეორე. ამ სიტყვებით ჩანს სიმძიმის ძალის დამოკიდებულება სხეულის მასაზე.

ახლა უფრო ახლოს გავეცნოთ სიმძიმის ძალას. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ძალა სხეულის სიჩქარის ცვლილების მიზეზია. შესაბამისად, სიმძიმის ძალამაც სხეულს შეიძლება შეუცვალოს სიჩქარე. ეს კარგად ჩანს წვეთის ვარდნისას მისი მოძრაობის სტრობოსოპული სურათის დათვალიერებისას (ნახ.4).

ნახ.4

სურათზე ვხედავთ, რომ დროის ერთნაირ ინტერვალში წვეთის გადაადგილება იცვლება – იზრდება. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ წვეთის სიჩქარე იზრდება, რაც განპირობებულია მასზე სიმძიმის ძალის მოქმედებით. ამავე სურათით დასტურდება, რომ სხეულზე (წვეთზე) მოქმედი სიმძიმის ძალა ვერტიკალურად ქვემოთ, დედამიწის ცენტრისკენ არის მიმართული. იგი მოქმედებს წვეთზე და დროის ყოველ მომდევნო ინტერვალში ზრდის წვეთის სიჩქარეს. ამგვარად, სხეულზე მოქმედი სიმძიმის ძალა პირდაპირპროპორციულია სხეულის მასისა და მიმართულია ვერტიკალურად ქვემოთ.

არის ერთი საკითხი, რაზეც ჯერ არ გვისაუბრია. ჩვენ ვექტორული სიდიდეების დახასიათებისას დავადგინეთ, რომ ასეთ სიდიდეებს ვახასიათებთ რიცხვითი მნიშვნელობითა და მიმართულებით. შესაბამისად, ძალაც, როგორც ვექტორული სიდიდე, ხასიათდება რიცხვითი მნიშვნელობითა და მიმართულებით. გარდა ამისა, ძალა ხასიათდება მოდების წერტილით. ანუ სხვა სიდიდეებისგან განსხვავებით ძალა ხასიათდება რიცხვითი მნიშვნელობით, მიმართულებითა და მოდების წერტილით.

სიმძიმის ძალის მოდების წერტილს სხეულის სიმძიმის ცენტრი ეწოდება. მას სხვანაირად მასათა ცენტრსაც უწოდებენ.

როგორ გამოითვლება სიმძიმის ძალა? როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სხეულზე მოქმედი სიმძიმის ძალა სხეულის მასის პირდაპირპროპროპორციულია. მათემატიკიდან ცნობილია, რომ პირდაპირპროპორციული სიდიდეების შეფარდება მუდმივი სიდიდეა. შესაბამისად, სიმძიმის ძალის მასასთან შეფარდებაც მუდმივი უნდა იყოს. ეს ფაქტი მარტივად დასტურდება ექსპერიმენტით: დინამომეტრზე (ძალის საზომი ხელსაწყო) ჩამოვკიდოთ 300გ მასის საწონი. მასზე იმოქმედებს დედამიწა, მიიზიდავს საწონს და დინამომეტრის ჩვენება სწორედ საწონზე მოქმედი სიმძიმის ძალის ტოლი იქნება. თუ იმავეს გავიმეორებთ 600გ. მასის საწონზე და შემდეგ შევადარებთ დინამომეტრის ჩვენებებს თითოეულ შემთხვევაში მივიღებთ, რომ სიმძიმის ძალის მასასთან ფარდობა ორივე საწონის შემთხვევაში ერთი და იგივე იქნება.

 

ამგვარად, ამ სტატიაში გავეცანით სამყაროში არსებულ ნებისმიერ ორ სხეულს შორის არსებულ მიზიდულობის ძალას, რომელსაც მსოფლიო მიზიდულობის ძალას უწოდებენ და მის კერძო შემთხვევას – სიმძიმის ძალას.

 

ლიტერატურა:

  1. გიორგი გედენიძე, ეთერ ლაზარაშვილი, ფიზიკა VII კლასი. 2001 წ;
  2. ელენე სურგულაძე. მანანა კასრაძე. ფიზიკა VII კლასი. 2003 წ;
  3. ა. პერიშკინი, ნ. როდინა. ფიზიკა VII კლასი. 1989 წ ;
  4. ილუსტრაციები აღებულია ვებგვერდებიდან:

http://fun-phys.blogspot.com/2016/05/motion-of-body-thrown-in-horizontal.html

http://www.studyphysics.ca/newnotes/20/unit02_circulargravitation/chp07_2d/lesson26.htm

https://writescience.wordpress.com/tag/alexander-fleming/

კომენტარები

comments