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ニュートンの万有引力の法則

1687
  • Isaac Newton
Isaac Newton calculating gravitational forces in a historical laboratory setting.

(画像はイメージです)

この法則は、宇宙のすべての粒子が、他のすべての粒子を、それらの質量の積に比例し、中心間の距離の二乗に反比例する力で引き付けると述べています。式は [latex]F = G frac{m_1 m_2}{r^2}[/latex] で、[latex]G[/latex] は重力定数です。これは、地球と天体の宇宙を統一しました。 力学.

ニュートンの万有引力の法則は画期的な業績であり、彼の著書『プリンキピア・マテマティカ』にも掲載されている。この法則は、物体の落下と重力の法則を説明する単一の普遍的な原理を提唱した。 りんご 地球上および太陽の周りを回る惑星の軌道に関する理論であり、地球力学と天体力学を初めて統一するものである。

この法則は、[latex]F = G frac{m_1 m_2}{r^2}[/latex] という式で表されます。この式にはいくつかの重要な概念が含まれています。力は2つの質量 ([latex]m_1[/latex] と [latex]m_2[/latex]) の積に比例し、重力が質量自体の性質であることを示しています。力は逆二乗法則に従い、物体間の距離 [latex]r[/latex] の二乗に反比例して弱まります。この数学的形式は、ケプラーの惑星運動の法則を正しく導出する上で重要でした。力は常に引力であり、2つの物体の中心を結ぶ線に沿って作用します。比例定数 [latex]G[/latex] は万有引力定数であり、実験的に決定しなければならない自然の基本定数です。ヘンリー・キャベンディッシュは1798年に初めてこれを精密に測定しました。

ニュートンの理論は驚くほど成功を収め、惑星の位置を正確に予測したり、月の引力と太陽の引力の結果として海の潮汐を説明したり、さらには天王星の軌道に対する海王星の重力摂動を通して海王星の発見につながったりした。

その成功にもかかわらず、この理論には概念的な難点があった。例えば、「遠隔作用」という概念、つまり重力がどのようにして真空空間を瞬時に横断して作用するのかという問題などである。また、水星の歳差運動を完全に説明することもできなかった。これらの問題は最終的に、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論によって解決された。この理論では、重力は力ではなく、質量とエネルギーによって引き起こされる時空の曲率として記述されている。とはいえ、ニュートンの法則は、ほぼすべての実用的な応用において、依然として優れた、非常に精度の高い近似式である。

UNESCO Nomenclature: 2211
物理学

タイプ

物理法則

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ケプラーの惑星運動の法則
  • ガリレオの落体に関する研究
  • ロバート・フックによる逆二乗法則に関する提言
  • コペルニクスの地動説

アプリケーション

  • 衛星と惑星の軌道を計算する
  • 潮汐予測
  • 宇宙探査 ミッション計画(例:重力アシスト操縦)
  • 鉱床探査のための地球物理探査
  • 惑星(例えば海王星)の存在を予測する

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • swarms of micro-satellites that use gravitational gradients for precise relative positioning
  • tractor beam concepts using focused gravitational waves (highly theoretical)
  • high-precision mapping of underground water reserves and geological formations from orbit
  • autonomous deep-space probes that navigate using gravitational-assist ‘slingshots’ around multiple planets
  • artificial gravity generation in spacecraft using 遠心力, whose design parameters are governed by newtonian principles
  • advanced simulations for predicting asteroid trajectories and designing deflection strategies
  • gravitational lensing models to map dark matter, using newtonian gravity as a first-order approximation
  • non-invasive medical imaging based on minute density variations within the body (gravimetric scanning)
関連: 重力、 ニュートン逆二乗法則、重力、天体力学、軌道、万有引力定数、一般相対性理論。

歴史的背景

ニュートンの万有引力の法則

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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