Si analizamos la ley del movimiento de caída libre a partir de la ley de gravitación universal de Newton, dos objetos cualesquiera siguen la ley de gravitación universal. Dos objetos con pesos diferentes obtendrán la misma aceleración cuando caigan libremente en la Tierra. campo gravitacional, por lo que el experimento Los resultados muestran que dos bolas que golpean el suelo al mismo tiempo son consistentes con la ley de la gravedad. En otras palabras, las conclusiones experimentales de Galileo son completamente consistentes con el análisis teórico basado en la ley de la gravitación universal. Desde esta perspectiva, el experimento de Galileo fue correcto. Sin embargo, se requieren ciertas condiciones para que la ley de la gravitación universal quede plenamente establecida. Se debe suponer que la interacción entre dos objetos neutros cualesquiera cumple completamente con la ley de la gravitación universal, y que las reglas de interacción de los campos de dos objetos cualesquiera son exactamente las mismas que las del campo terrestre, pero este no es el caso. .
La fórmula de la aceleración debida a la gravedad se puede derivar de la ley de gravitación universal de Newton.
Cuando un objeto sobre la Tierra describe su movimiento utilizando el centro de la Tierra como punto de referencia, se mueve en un círculo uniforme alrededor de la Tierra. La fuerza neta ejercida sobre un objeto en una dirección conectada al centro de la Tierra es la fuerza centrípeta dirigida hacia el centro de la Tierra. Esta fuerza centrípeta es proporcionada por la fuerza gravitacional entre el objeto y la Tierra, que es F dirección = F millones. Según la fórmula de la segunda ley de Newton seguida de la fuerza centrípeta: F=mg y la fórmula de la ley de gravitación universal: disponible,
(cuando R gt gt es pequeño)
En la fórmula anterior, m es la masa de la Tierra, m es la masa del objeto, r es el radio de la Tierra, h es la altura del objeto desde el suelo, g es la aceleración centrípeta producida por el objeto. movimiento circular uniforme alrededor de la Tierra, que es la aceleración gravitacional del objeto aquí, y g es la constante de gravedad.
Echemos un vistazo a la caída libre de objetos sobre el suelo. En este caso, la atracción gravitacional de la Tierra sobre el objeto es mayor que la fuerza centrípeta requerida para que el objeto se mueva en un círculo uniforme alrededor de la Tierra en esta posición, por lo que el objeto estará en estado de caída libre. La fuerza neta sobre un objeto en caída libre sigue siendo: f = F millones.
Se puede ver en la fórmula de aceleración gravitacional de los objetos derivada anteriormente que la aceleración gravitacional obtenida por dos objetos con la misma altura sobre el suelo es exactamente la misma independientemente de su masa, tamaño, estructura y densidad. .
Porque según la ley de interacción entre campos, la interacción gravitacional entre objetos en realidad funciona con la ayuda de los campos entre objetos. Asimismo, la fuerza gravitacional entre dos objetos cualesquiera y la Tierra también funciona con la ayuda de campos. Sólo cuando la interacción gravitacional entre los propios campos de dos objetos y el campo de golf tiene exactamente las mismas reglas, se puede establecer estrictamente la ley de la gravedad, y la aceleración gravitacional puede ser siempre exactamente la misma y las dos bolas pueden golpear el suelo. al mismo tiempo. Sin embargo, la realidad es que la ley de la gravedad es sólo una aproximación. En términos generales, la interacción entre dos campos de objetos y el campo de golf no sigue estrictamente la ley de la gravitación universal y habrá algunas diferencias en la aceleración de la gravedad. Por lo tanto, dos objetos cualesquiera no siempre caen desde la misma altura al mismo tiempo.
Según la teoría del núcleo y el campo de la materia, la esencia de la gravedad es la fuerza del campo eléctrico. La fuerza gravitacional entre dos objetos sólo depende de la estructura y el tamaño del campo del objeto, y del tamaño del campo gravitacional. La fuerza depende principalmente de la ubicación de los dos objetos. La cantidad del campo eléctrico depende de la suma de las dos cargas del objeto (podemos llamar a la suma de las cargas positivas y negativas en un objeto neutro la suma de las dos cargas). del objeto). En términos generales, cuantos más fotones de campo eléctrico lleve un objeto, mayor será la suma de sus cargas eléctricas. El número de fotones en el campo eléctrico refleja en gran medida la carga total del objeto.
La gravedad no está directamente relacionada con la masa del objeto (principalmente la masa del núcleo desnudo). Por lo tanto, para dos objetos en la Tierra con la misma masa (principalmente el mismo número de núcleos desnudos), cuanto más grande es el objeto con carga anfótera, mayor es la gravedad de la Tierra; cuanto más pequeño es el objeto con carga anfótera, menor es la gravedad de la Tierra; Dos objetos con la misma masa y diferentes propiedades estructurales en la Tierra reciben diferentes aceleraciones debido a la gravedad.
En comparación con los objetos neutros compuestos por núcleos desnudos de partículas eléctricas, un único núcleo libre y desnudo de partículas eléctricas, como un electrón o un protón, tiene la mayor capacidad de obtener un campo eléctrico en el mismo campo externo. Medio ambiente, y también puede obtener la mayor cantidad de electricidad. Para dos objetos neutros, cuando el número de núcleos desnudos de partículas positivas y negativas en cada objeto neutro es exactamente igual al del otro objeto, es decir, cuando la masa total de los núcleos desnudos de los dos objetos es exactamente la misma, el objeto con una estructura suelta es mejor que el objeto con una estructura apretada. Un objeto tiene una mayor capacidad para obtener un campo eléctrico del entorno espacial externo, por lo que la proporción de la carga total del objeto (la suma de las cargas de ambos sexos). ) a su propia masa (que puede denominarse relación carga-masa de un objeto neutro) también es mayor. Luego, cuando interactúa con otro objeto, como la Tierra (campo eléctrico), también se ve afectado por la gravedad terrestre y la aceleración también es grande. Con base en esto, se puede inferir que para dos objetos con la misma masa, el objeto con estructura suelta y baja densidad experimentará una mayor aceleración gravitacional que el objeto con estructura apretada y alta densidad, y llegará primero al suelo. .
Debido a diferencias en la estructura material, como diferencias en los elementos constituyentes, los núcleos de los elementos ligeros tienen capacidades de carga más fuertes que los elementos de la tabla periódica, y los núcleos de los elementos ligeros tienen más campos eléctricos por unidad. Gravedad específica de la masa Los fotones tienen una gran capacidad para atraer electrones fuera del núcleo atómico. El átomo completo también absorbe más fotones del campo eléctrico del espacio circundante. Por lo tanto, los materiales de elementos ligeros y los materiales de elementos pesados tienen diferentes propiedades gravitacionales en el mismo campo gravitacional. como el campo terrestre. Produce diferentes aceleraciones gravitacionales g=F/m. La aceleración gravitacional generada por sustancias de elementos ligeros o núcleos de elementos cuando caen libremente en el mismo campo gravitacional es mayor que la de las sustancias de elementos ligeros o núcleos de elementos. el suelo primero.
La cuestión de si las dos bolas golpean el suelo al mismo tiempo y el principio de equivalencia deben analizarse desde la microestructura e interacción de la materia. Si pudiéramos hacer experimentos sobre la caída libre de electrones y protones, no caerían al mismo tiempo. Teóricamente, se puede saber que la fuerza gravitacional de los electrones es igual a la de los protones, pero la masa de los electrones es menor que la masa de los protones. Por lo tanto, se puede predecir que los electrones ganarán mayor aceleración que los protones y llegarán al suelo. primero.
Las condiciones clave para rehacer el experimento de caída libre son: diferentes densidades estructurales, una distancia suficientemente larga entre el vacío y la caída y un control estricto de las condiciones para garantizar la precisión del experimento.
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[Editar este párrafo] El establecimiento de la ley de caída libre
Galileo, de 24 años, es profesor de Matemáticas en la Universidad de Pisa, Italia. Cuando tenía problemas, solía ir a la iglesia local. Las luces de la iglesia se balanceaban suavemente sujetas a una larga cadena. En el verano de 1598 descubrió que las lámparas siempre giraban a la misma velocidad.
Galileo decidió medir el tiempo de oscilación de la lámpara, así que sostuvo el pulso en su cuello y comenzó a medir la velocidad de oscilación de una de las lámparas, luego midió ligeramente la velocidad de oscilación de la otra. lámpara más grande, y descubrió que la velocidad de oscilación de las dos luces es la misma. Tomó prestada la larga mecha del monaguillo para encender las lámparas y balanceó vigorosamente dos lámparas de diferentes tamaños. Después de muchos días de mediciones de tiempo, descubrió que el tiempo que tardaban estas lámparas en oscilar a lo largo del arco era exactamente el mismo, independientemente de la masa de la lámpara y la longitud del arco.
El descubrimiento de que una lámpara de gran masa y una lámpara de pequeña masa caen a lo largo de un arco a la misma velocidad es completamente diferente de la base teórica que ha persistido durante 2000 años. Galileo quedó fascinado por este descubrimiento.
De pie en un aula de la Universidad de Pisa, Galileo sostenía un ladrillo en una mano y dos ladrillos de cemento en la otra, como si los pesara y comparara sus masas. Les dijo a los estudiantes: “Queridos compañeros de clase, después de observar el péndulo oscilando hacia adelante y hacia atrás, he llegado a la conclusión de que la opinión de Aristóteles es errónea.
”
Toda la clase se sorprendió: “¿El punto de vista de Aristóteles es incorrecto? "! "Una de las primeras cosas que todos aprenden en su primera clase de ciencias naturales en la escuela es que el trabajo del antiguo filósofo griego Aristóteles es la base de la ciencia. Uno de los teoremas de Aristóteles es que los objetos pesados caen más rápido debido a su mayor masa.
Galileo se subió a la mesa, levantó el ladrillo a la altura de Mei Qi y luego lo soltó. Con estrépito, dos ladrillos cayeron al suelo. Preguntó: "¿La calidad está disminuyendo rápidamente?"
Los estudiantes negaron con la cabeza y los dos ladrillos cayeron al suelo al mismo tiempo.
Galileo gritó: "¡Hazlo de nuevo!". Volvió a tirar el ladrillo y los estudiantes seguían allí de pie. Con un golpe, volvió a preguntar: "¿La calidad está disminuyendo rápidamente?" No, los dos ladrillos todavía cayeron al mismo tiempo. Los estudiantes quedaron atónitos y Galileo declaró en el acto que la conclusión de Aristóteles era errónea.
Sin embargo, el mundo no está dispuesto a aceptar los descubrimientos científicos de Galileo. Su amigo Ricky, un matemático, vio la demostración de Galileo de los ladrillos cayendo al suelo y dijo: "Sólo admito que dos ladrillos caen al suelo a la misma velocidad que uno, pero todavía no puedo creer fácilmente en la teoría de Aristóteles. . ¡Busquemos otro ejemplo para demostrarlo!"
Galileo creía que necesitaba hacer una demostración más convincente ante el público para que la gente aceptara su descubrimiento. Se dice que para demostrar este nuevo descubrimiento, se paró en la cima de la famosa Torre Inclinada de Pisa y simultáneamente lanzó un peso de 1,910 libras desde una altura de 191 pies. Aunque no se sabe con certeza si lanzó el peso desde la torre, la ley de la caída libre finalmente se hizo realidad.
¿Es eso posible?