Является ли гравитация силой, и если да, то что ей противоположно?

Как говорили многие другие, Солнце ощущает ту же силу по отношению к Земле, что и Земля по отношению к Солнцу. Это ваша равная и противоположная сила. На практике, однако, «видимые» эффекты силы могут быть выведены из первого закона Ньютона, т.е.${\bf F} = m{\bf a}$. Другими словами, вам нужно разделить силу на массу тела, чтобы определить чистое воздействие на само тело.

Так:

${\bf F_s} = {\bf F_e}$

${\bf F_s} = m_s {\bf a_s}$

${\bf F_e} = m_e {\bf a_e}$

следовательно,

$m_s {\bf a_s} = m_e {\bf a_e}$

а также

${\bf a_s} = {\bf a_s} \frac{m_e}{m_s}$

Теперь последний термин$3 \cdot 10^{-6}$! Это означает, что сила, которую Земля воздействует на Солнце, в основном ничего не делает с Солнцем.

Другой способ увидеть это:

$F = \frac{G m_s m_e}{r^2}$

$a_s = \frac{F}{m_s} = \frac{G m_e}{r^2}$

$a_e = \frac{F}{m_e} = \frac{G m_s}{r^2}$

$\frac{a_s}{a_e} = \frac{m_e}{m_s} = 3 \cdot 10^{-6}$

Опять же, та же большая разница в эффекте.

Что касается центростремительной силы, то это все та же сила. Гравитация обеспечивает центростремительную силу, которая удерживает Землю на орбите.

Примечание

Стоит отметить, что масса, которая действует как заряд гравитации, известная как гравитационная масса , априори не является той же самой массой, которая фигурирует в законе Ньютона, известной как инерционная масса . С другой стороны, это факт природы, что они имеют одно и то же значение, и поэтому мы можем использовать единый символ.$m$, вместо двух,$m_i$а также$m_g$. Это основное, невысказанное предположение в приведенном выше выводе. Это известно как принцип слабой эквивалентности .

Наоборот, Земля притягивает Солнце с такой же силой!
Думая меньше, Земля притягивает вас, и вы притягиваете землю силами, равными по величине и направлению, но противоположными по смыслу. Конечно, по закону секунды Ньютона та же самая сила будет действовать на вас гораздо сильнее, чем на Землю. То же самое относится и к комбинации Земля+Солнце!

Земля чувствует силу, направленную к солнцу. Солнце ощущает «равную и противоположную» силу по отношению к Земле. На самом деле Земля не вращается вокруг Солнца; вместо этого Солнце и Земля (если вы рассматриваете только эти два тела) вращаются вокруг своего центра масс.

Солнце и Земля взаимодействуют через гравитацию. Солнце оказывает гравитационную силу на Землю и... Земля оказывает на Солнце равную и противоположную силу (или наоборот?).

Противоположный здесь означает не «научно-фантастическая сила антигравитации, отталкивающая объекты», а противоположный, как в «векторе противоположного направления и равной величины».

Центробежная сила — это не сила, а псевдосила, которая вводится из-за того, что система отсчета не является инерционной. В системе отсчета, где нужно ввести центробежную силу, «противодействующей реакцией» является сама центростремительная сила.

Чтобы решить проблему Земли вокруг Солнца, сначала рассмотрим, что Солнце представляет собой бесконечную массу и, следовательно, не движется. Солнце оказывает воздействие на Землю, и в какой-то системе отсчета нужно ввести дополнительную псевдосилу.

Редактировать:

Гравитационное поле, «генерируемое» Землей, слабее, но силы равны (по величине).

$E_{earth} = \frac{G m_{earth}}{r^2}$

$E_{sun} = \frac{G m_{sun}}{r^2}$

$F = E_{earth} * m_{sun} = E_{sun} * m_{earth}$

Другое редактирование:

Учитывая название вашего вопроса «является ли гравитация силой»: гравитация - это одно из четырех фундаментальных взаимодействий в природе (сильные и слабые взаимодействия и электромагнетизм). Полной трактовки этого взаимодействия на квантовом уровне не существует, поэтому с классической точки зрения да, гравитация — это сила, связанная с консервативным [гравитационным] полем и т. д.

Мантра «гравитация не сила»

Согласно общей теории относительности (или, скорее, согласно эйнштейновской интерпретации GenRel), гравитация не является силой. Кажется, это была точка зрения Эйнштейна. Другие ответы также верны: в рамках Ньютона. Но даже некоторые физики всегда находили фундаментальные взгляды Ньютона на силу сбивающими с толку, и многие считают, что GenRel прояснил этот вопрос. Я сам редактор Википедии, поэтому я знаю, как мало этому можно доверять по любому предмету, который действительно волнует людей, но вот ссылка, и я подумал, что эта мантра не вызывает споров... Энциклопедия последователей фон Хайека

Сила — это классическое понятие.

«В основе классической механики лежит представление о том, что движение тела может быть описано как сочетание свободного (или инерционного) движения и отклонений от этого свободного движения. Такие отклонения вызываются внешними силами, действующими на тело в соответствии со вторым законом Ньютона». Дело в том, чтобы иметь физическое понятие силы, а не просто математическую конструкцию.

Контраст с общей теорией относительности

«Нет гравитационной силы, отклоняющей объекты от их естественных прямых путей. Вместо этого гравитация соответствует изменениям свойств пространства и времени, что, в свою очередь, меняет самые прямые из возможных путей, по которым объекты будут следовать естественным образом». Все физическое должно иметь ковариантную математическую формулировку ... математические формулировки, которые не являются ковариантными, не являются физическими. Всё есть волны и локальная теория поля. Так что нет необходимости искать противоположную силу...

В итоге

Все предыдущие ответы также верны с ньютоновской точки зрения, которая предполагает, что гравитация — это сила, а затем делает вывод о том, что должно происходить, если это сила. И для многих практических целей такие анализы удобны. Но читая ваш вопрос очень буквально, вы спрашиваете, является ли гравитация силой, и технически ответ - нет.

другие ссылки на обсуждения этой мантры

домашнее задание по физике помощь и помеха

Как получить ответы на вопросы, если вы можете отфильтровать шум

ссылки как исходный код этого форума

Если что-то не вызывает споров, например, цепное правило, ссылки не нужны. Но если что-то спорное или оригинальное, пора давать ссылки. К настоящему времени, благодаря Рону, я вижу, что некоторые люди оспаривают эту стандартную мантру, поэтому я предоставил ссылки. А вот отсылка к идее снабдить ссылками мета-дискуссию об обмене стеками

Просто предостережение, которое не учтено в приведенных выше ответах:

Третий закон Ньютона верен лишь приблизительно. Если система излучает (электромагнитно или гравитационно), то суммарный импульс системы может измениться, и вы обнаружите, что$F_{12}\neq F_{21}$если излучение неравномерно во всех направлениях. Причина этого достаточно проста: излучение уносит энергию и импульс от системы.

Для Земли и Солнца это на самом деле не имеет большого значения, потому что гравитационное излучение системы настолько близко к нулю, что мы даже не знаем, как начать искать эффект.

Но для таких вещей, как столкновение черных дыр, эффект может стать очень значительным. Например, две черные дыры на орбите с нулевой скоростью центра масс могут иметь скорость, превышающую скорость убегания, необходимую для того, чтобы покинуть центр галактики.

При изучении задачи двух тел, которая может показаться довольно сложной (по той причине, что здесь переплетаются две разные задачи: зная взаимное расположение двух тел, определить силу, действующую на каждое из них; зная силы, определить относительную положение через некоторое время), все становится ясно, если сделать следующую стандартную замену координат: определить вектор положения центра масс

и вектор относительного положения

Эта замена координат обратима:

Теперь волшебство этого изменения координат заключается в том, что почти каждая значимая величина разбивается на два члена, например, вы можете проверить, что полная кинетическая энергия равна$T=T_{CM}+T_0$, где первый член — кинетическая энергия, вычисленная в центре масс, а второй — кинетическая энергия фиктивной частицы, движущейся с центром масс и массой$m=m_1+m_2$. Кинетическая энергия в$CM$является:

куда$\mu=m_1m_2/m$— приведенная масса, и она меньше обеих масс. Если$m_2>>m_1$, до первого порядка,$\mu=m_1(1-m_1/m_2)$.

Лагранжиан системы:

Если вы запишете уравнения движения, то увидите, что$CM$движется с постоянной скоростью, тогда как второе уравнение представляет собой уравнение фиктивной частицы$\mu$в центральном силовом поле. Итак, в случае обращения Земли вокруг Солнца обе движутся по эллипсу вокруг общей$CM$и так как$CM$является средневзвешенным значением положения тел, а так как масса солнца в миллион раз больше массы земли, то можно приблизительно сказать, что солнце статично, а земля вращается вокруг него. Тем не менее, силы, действующие на землю из-за солнца и на солнце из-за земли, по-прежнему равны и противоположны, так что никакого парадокса в конце концов нет.

Является ли гравитация силой, действующей на расстоянии? Эта идея казалась невероятной даже самому Ньютону. На самом деле концепция поля гораздо более удовлетворительна и делает необходимость мгновенных взаимодействий устаревшей. С ОТО гравитация превращается в полностью локальный геометрический эффект.