Gravitacionnaya postoyannaya

GRAVITACIONNAYa POSTOYaNNAYa - koefficient proporcional'nosti G v f-le, opisyvayushei zakon vsemirnogo tyagoteniya N'yutona,

gde F - sila, s k-roi tochechnye massy m₁ i m₂, nahodyashiesya na rasstoyanii r drug ot druga, vzaimno prityagivayutsya.

Chislennoe znachenie i razmernost' G. p. zavisyat ot vybora edinic massy, dliny i vremeni (tabl. 1).

Tabl. 1. - Znacheniya gravitacionnoi postoyannoi

Naimenovanie i oboznachenie	Edinicy			Chislennoe znachenie
	dlina	massa	vremya
Kavendisheva G.p. *, G	m	kg	s	(6,6745+0,0008).10-11m3/(kg.s2)
Geocentricheskaya G.p.,	m	massa Zemli	s	(398 600,5+0,3).109m3/s2
Geliocentricheskaya G.p.,	m	massa Solnca	s	(132 712 438+5).1012m3/s2
Selenocentricheskaya G.p.,	m	massa Luny	s	(4902,7+0,1).109m3/s2
Gaussova G.p., k	a.e.	massa Solnca	efemeridnye sutki	0,01720209895
Einshteinova G.p.,	m	kg	-	(1,8664+0,0002).10-26m/kg
* Znachenie G.p. privedeno po opredeleniyam GAISh.

G. p. G, imeyushuyu razmernost' [L]³[M]^-1[T]^-2, gde massa M, dlina L i vremya T vyrazheny v edinicah Mezhdunarodnoi sistemy edinic (SI), inogda nazyvayut kavendishevoi G. p. v chest' angl. uchenogo G. Kavendisha, k-ryi v 1798 g. vpervye v laboratornom eksperimente s krutil'nymi vesami opredelil znachenie G. Vse laboratornye eksperimenty po opredeleniyu G mozhno uslovno razdelit' na dve gruppy.

V pervoi gruppe eksperimentov sila gravitac. vzaimodeistviya sravnivaetsya s uprugoi siloi niti gorizontal'nyh krutil'nyh vesov. Oni predstavlyayut soboi legkoe koromyslo, na koncah k-rogo ukrepleny probnye massy. Za seredinu koromyslo podvesheno na tonkoi uprugoi niti. Velichina gravitac. vzaimodeistviya opredelyaetsya po uglu zakruchivaniya niti (statich. metod), vyzvannomu prityazheniem probnyh mass k raspolozhennym vblizi etalonnym massam.

Vo vtoroi gruppe sila gravitac. vzaimodeistviya mezhdu probnymi i etalonnymi massami sravnivaetsya s siloi tyazhesti, dlya chego ispol'zuyutsya rychazhnye vesy. Etim sposobom G. p. byla vpervye opredelena nem. fizikom F. 'olli v 1878 g. Vposledstvii opyty Kavendisha i 'olli neodnokratno povtoryalis', odnako v nashe vremya oni predstavlyayut lish' istoricheskii interes.

Znachenie G. p., vklyuchennoe Mezhdunarodnym astronomicheskim soyuzom (MAC) v Sistemu astronomicheskih postoyannyh (SAP) 1976 g., k-rym prodolzhayut pol'zovat'sya, polucheno s pomosh'yu krutil'nyh vesov v 1942 g. P. Heilom i P. Hrzhanovskim (SShA).

V SSSR G. p. vpervye byla opredelena v Gosudarstvennom astronomicheskom institute imeni P. K. Shternberga (GAISh) v 1975-78 gg. Kak i v eksperimentah Heila i Hrzhanovskogo, byl primenen dinamich. metod, sushnost' k-rogo sostoit v sleduyushem. Chastota krutil'nyh kolebanii w gorizontal'nyh vesov v gravitac. pole etalonnyh mass opredelyaetsya vyrazheniem:

Chastota w izmeryaetsya v processe eksperimenta, velichiny m i J mogut byt' vychisleny. Koeff. m zavisit ot razmerov i plotnostei etalonnyh mass i krutil'nyh vesov, a takzhe ot ih vzaimnogo raspolozheniya. Moment inercii krutil'nyh vesov J opredelyaetsya ih geometrich. razmerami i massoi. Ostayutsya dva neizvestnyh parametra - krutil'naya zhestkost' t i G. p. Poetomu dlya isklyucheniya t i opredeleniya G nuzhno imet' dva takih ur-niya (t. e. provesti izmereniya w po krainei mere dlya dvuh razlichnyh polozhenii etalonnyh mass). T. o., dlya opredeleniya G. p. dinamich. metodom neobhodimo proizvesti izmereniya: 1) geometrich. razmerov i plotnostei etalonnyh mass i krutil'nyh vesov; 2) polozheniya etalonnyh mass otnositel'no krutil'nyh vesov; 3) chastot krutil'nyh kolebanii pri razlichnyh polozheniyah etalonnyh mass.

Shema eksperimental'noi ustanovki GAISh (dinamicheskii metod opredeleniya G).

Na ris. privedena shema eksperimental'noi ustanovki GAISh. T. k. parametry, privedennye v punkte 1), ne menyayutsya ot eksperimenta k eksperimentu, to ih izmerenie dostatochno provesti odin raz dlya vseh eksperimentov. Izmereniya ostal'nyh parametrov dolzhny proizvodit'sya v kazhdom eksperimente. T. o., dlya polucheniya odnogo znacheniya G. p. pri raznyh polozheniyah etalonnyh mass (perestanovka etalonnyh mass v processe eksperimenta proizvoditsya avtomaticheski) opredelyayutsya rasstoyaniya mezhdu etalonnymi i probnymi massami (s pomosh'yu pribora dlya lineinyh izmerenii), a fotoelektrich. sistema registracii izmeryaet chastotu krutil'nyh kolebanii. Takie eksperimenty povtoryayutsya mnogokratno, poetomu dlya umen'sheniya sluchainyh pogreshnostei vychislyayut sr. znachenie G. p. i ego srednekvadraticheskuyu pogreshnost'.

Vo vseh sovr. opredeleniyah G. p. (kavendishevoi) byli ispol'zovany krutil'nye vesy. Pomimo sobstvenno dinamich. metoda primenyalis' takzhe ego modifikacii - rezonansnyi i rotacionnyi metody. V rezonansnom metode etalonnye massy vrashayutsya vokrug osi krutil'noi niti s chastotoi, ravnoi chastote sobstvennyh kolebanii vesov, chto privodit k rezonansnomu vozbuzhdeniyu krutil'nyh kolebanii. Po izmeneniyu amplitudy kolebanii mozhno sudit' o velichine G. p. V rotacionnom metode platforma, na k-roi ustanovleny krutil'nye vesy i etalonnye massy, vrashaetsya vokrug vertikal'noi osi. G. p. opredelyaetsya po izmereniyam uskoreniya platformy, a takzhe postoyannogo ugla povorota krutil'nyh vesov otnositel'no etalonnyh mass.

Rezul'taty sovr. opredelenii G. p. privedeny v tabl. 2. Srednekvadraticheskie pogreshnosti izmerenii ukazyvayut na vnutr. shodimost' kazhdogo rezul'tata. Luchshie iz nih (tri poslednih rezul'tata) ne perekryvayutsya mezhdu soboi v doveritel'nyh intervalah. Eto svyazano s tem, chto opredelenie kavendishevoi G. p. trebuet provedeniya abs. izmerenii, i poetomu v otdel'nyh rezul'tatah vozmozhny sistematich. pogreshnosti. Ochevidno, znachenie G. p. mozhet byt' dostovernym tol'ko pri uchete razlichnyh opredelenii G. p., poluchennyh raznymi metodami.

Tabl.2. - Rezul'taty sovremennyh opredelenii kavendishevoi gravitacionnoi postoyannoi.

G. p., vyrazhennye v astronomich. edinicah, opredelyayutsya na osnovanii astronomich. nablyudenii i 3-go zakona Keplera, k-ryi yavl. sledstviem zakona tyagoteniya (1).

Geocentricheskaya G. p. (ravnaya proizvedeniyu kavendishevoi G. p. na massu Zemli ) ispol'zuetsya pri raschetah dvizheniya v pole tyagoteniya Zemli nebesnyh tel, kak estestvennyh, tak i iskusstvennyh. Naibolee tochno geocentrich. G. p. opredelyaetsya po nablyudeniyam ISZ ili KA, napravlyaemyh k dr. planetam, t. k. na ih dvizhenie men'she vliyaet neodnorodnost' plotnosti Zemli i nepravil'nost' ee figury.

Analogichno geliocentricheskaya, selenocentricheskaya i dr. planetocentricheskie G. p. prednaznacheny dlya rascheta dvizheniya v gravitac. polyah sootvetstvenno Solnca, Luny i planet. V astronomii primenyaetsya i inoi podhod k opredeleniyu G. p. Ei apriorno pripisyvaetsya nek-roe fiksirovannoe znachenie; dve iz treh fiz. velichin (massa i vremya), zadayushih razmernost' G. p., opredelyayutsya iz nablyudenii, togda ed. dliny stanovitsya proizvodnoi velichinoi. Tak vvoditsya gaussova G. p. k. Po mere utochneniya massy Solnca (ed. massy) i efemeridnyh sutok (ed. vremeni) izmenyaetsya velichina a. e.

Einshteinova G. p. ispol'zuetsya v teoretich. fizike. Ona svyazana s kavendishevoi G. p. sootnosheniem: .

Kak v teorii tyagoteniya N'yutona, tak i v obshei teorii otnositel'nosti (OTO) A. Einshteina G. p. rassmatrivaetsya kak universal'naya konstanta prirody, ne izmenyayushayasya v prostranstve i vremeni i ne zavisyashaya ot fiz. i him. sv-v sredy i gravitiruyushih mass. Sushestvuyut varianty teorii gravitacii, imeyushie v slabyh polyah odinakovyi n'yutonovskii predel, no dayushie ryad predskazanii, otlichnyh ot predskazanii OTO, v t. ch. peremennost' G. p. Napr., teoriya P. Diraka, sozdannaya eshe v 1930-e gg., predskazyvaet izmenenie G. p. (DG) so vremenem na velichinu ~DG/G » 6^.10^-11 v god. Nek-rye varianty teorii gravitacii predpolagayut zavisimost' G. p. ot rasstoyaniya mezhdu prityagivayushimisya telami. Odnako imeyushiesya nablyudatel'nye dannye, a takzhe special'no postavlennye laboratornye eksperimenty poka ne pozvolyayut obnaruzhit' eto gipotetich. izmenenie G. p.

Lit.: Sagitov M. U., Postoyannaya tyagoteniya i massa Zemli, M., 1969; Novoe opredelenie kavendishevoi gravitacionnoi postoyannoi, "DAN SSSR", 1979, t. 245, № 3, s. 567-69; Abalakin V. K., Osnovy afemeridnoi astronomii, M., 1979.

(V.K. Milyukov, M.U. Sagitov)