Rörelsen fritt fall

Allmänna relativitetsteorin är den geometriska teori om gravitationen som Albert Einstein publicerade [ 1 ] och den aktuella beskrivningen av gravitationen inom den moderna fysiken. Allmänna relativitetsteorin generaliserar den speciella relativitetsteorin och Newtons gravitationslag , och ger därmed en enhetlig beskrivning av gravitation som en geometrisk egenskap hos rum och tid , eller rumtid.

I synnerhet är krökningen av rumtiden direkt relaterad till energin och rörelsemängden hos den materia och strålning som är närvarande. Förhållandet specificeras av Einsteins fältekvationer , ett system av partiella differentialekvationer. Några av den allmänna relativitetsteorins förutsägelser skiljer sig markant från den klassiska fysikens, särskilt de om tidens förlopp, rymdens geometri, rörelsen hos kroppar i fritt fall och ljusets spridning.

Manual laboration3.doc - Malmö högskola TS 1 - Course Hero

Exempel på sådana skillnader är gravitationell tidsdilatation , gravitationslinser , gravitationell rödförskjutning av ljus och gravitationell tidsfördröjning. Den allmänna relativitetsteorins förutsägelser har bekräftats av alla hittills gjorda observationer och experiment. Även om den allmänna relativitetsteorin inte är den enda relativistiska gravitationsteorin , är det den enklaste teorin som samtidigt är förenlig med experimentella data.

Obesvarade frågor återstår emellertid — den mest grundläggande är hur allmänna relativitetsteorin ska kunna förenas med kvantmekanikens lagar för att bilda en komplett teori utan självmotsägelser om kvantgravitation.

Fritt fall

Einsteins teori har viktiga astrofysikaliska konsekvenser. Exempelvis implicerar den existensen av svarta hål — regioner i rymden i vilka rum och tid förvrängs på ett sådant sätt att ingenting, inte ens ljuset, kan undkomma — som ett slutligt tillstånd för massiva stjärnor. Det finns gott om bevis för att den intensiva strålning som avges av vissa typer av astronomiska objekt beror på svarta hål.

Exempelvis uppkommer mikrokvasarer och aktiva galaxkärnor till följd av att det finns stellära svarta hål respektive supermassiva svarta hål. Ljusets böjning av gravitationen kan leda till fenomenet gravitationslinser , där flera bilder av samma avlägsna astronomiska objekt är synliga på himlen. Allmänna relativitetsteorin förutsäger också existensen av gravitationsvågor , vilka också har observerats direkt av LIGO.

Dessutom utgör den allmänna relativitetsteorin grunden för aktuella kosmologiska modeller av ett expanderande universum. Strax efter publiceringen av den speciella relativitetsteorin började Einstein tänka på möjligheten att införliva gravitationen i sitt nya relativistiska ramverk.

Fritt fall hastighet Fritt fall i mekanik Vanligtvis menar man med fritt fall att föremålet endast påverkas av jordens gravitationskraft, när det är i närheten av jordens yta.

Fritt fall experiment Artikel om Fritt fall-rörelsen.

Hastighet fritt fall 45 meter Start studying Fritt fall.

År , med början i ett enkelt tankeexperiment med en observatör i fritt fall, inledde han ett åttaårigt sökande efter en relativistisk gravitationsteori. Efter många omvägar och misslyckade försök kulminerade hans arbete i presentationen vid den preussiska vetenskapsakademien i november av vad som idag kallas Einsteins fältekvationer.

Hur högt kan en människa falla och överleva?

Dessa ekvationer anger hur rymdens geometri och tiden påverkas av närvaron av materia och energi och utgör kärnan i Einsteins allmänna relativitetsteori. Einsteins fältekvationer är icke-linjära och mycket svåra att lösa. Einstein använde approximationsmetoder vid utarbetandet av de första förutsägelserna av teorin. Så tidigt som hittade astrofysikern Karl Schwarzschild den första icke-triviala exakta lösningen till Einsteins fältekvationer, Schwarzschildmetriken.

Denna lösning lade grunden för beskrivningen av slutskedet av en gravitationskollaps och de objekt som idag är kända som svarta hål.

Fritt fall

Samma år togs de första stegen mot att generalisera Schwarzschilds lösning till elektriskt laddade objekt, som så småningom resulterade i Reissner—Nordströms lösning , nu i samband med elektriskt laddade svarta hål. I linje med samtida tänkande antog han ett statiskt universum och lade därför till en ny parameter till de ursprungliga fältekvationerna — den kosmologiska konstanten — vilken gjorde ekvationerna förenliga med detta antagande om en statisk värld.

Lemaître använde dessa lösningar för att formulera den tidigaste versionen av Big Bang -modellen, i vilken vårt universum har utvecklats från ett mycket varmt initialt tillstånd med hög densitet. Under de första decennierna förblev den allmänna relativitetsteorin något av en kuriositet bland fysikaliska teorier. Den var helt klart överlägsen newtonsk gravitation , samt förenlig med speciella relativitetsteorin och förklarade flera fenomen som inte kunde förklaras av den newtonska teorin.

Den allmänna relativitetsteorin kan förstås genom att undersöka dess likheter med och avvikelser från klassisk fysik. Det första steget är insikten att klassisk mekanik och Newtons gravitationslag medger en geometrisk beskrivning. Kombinationen av denna beskrivning med lagarna i den speciella relativitetsteorin resulterar i en heuristisk härledning av den allmänna relativitetsteorin.

Den klassiska mekanikens grund är att en kropps rörelse kan beskrivas som en kombination av fri eller trög rörelse och avvikelser från denna fria rörelse. Dessa avvikelser orsakas av yttre krafter som verkar på en kropp i enlighet med Newtons andra rörelselag , enligt vilken nettokraften som verkar på en kropp är lika med kroppens tröga massa multiplicerad med dess acceleration.

Med modernt språkbruk är deras vägar geodeter , räta världslinjer i en krökt rumtid.