Painovoima vs magnetismi
Gravitaatiovoima ja magneettivoimat ovat kaksi tärkeimmistä voimista, joille universumi on rakennettu. On erittäin tärkeää saada riittävä ymmärrys näistä perusvoimista universumin mekaniikan ymmärtämiseksi. Painovoima yhdessä sähkömagneettisen voiman, heikon ydinvoiman ja vahvan ydinvoiman kanssa muodostavat maailmankaikkeuden neljä perusvoimaa. Näillä teorioilla on keskeinen rooli sellaisilla aloilla kuin kosmologia, suhteellisuusteoria, kvanttimekaniikka, tähtitiede, astrofysiikka, hiukkasfysiikka ja melkein kaikessa, mitä tunnetussa universumissa on. Tässä artikkelissa käsittelemme painovoiman ja magnetismin taustalla olevia teorioita, niiden yhtäläisyyksiä, niiden esiintymistä maailmankaikkeudessa ja lopuksi niiden eroja.
Painovoima
Painovoima on minkä tahansa massan aiheuttama voima. Massa on painovoiman välttämätön ja riittävä ehto. Minkä tahansa massan ympärille on määritelty gravitaatiokenttä. Otetaan etäisyydelle r toisistaan sijoitetut massat m1 ja m2. Näiden kahden massan välinen gravitaatiovoima on G.m1.m2 / r^2, jossa G on universaali gravitaatiovakio. Koska negatiivisia massoja ei ole, painovoima on aina houkutteleva. Ei ole olemassa hylkiviä gravitaatiovoimia. On huomattava, että gravitaatiovoimat ovat myös molemminpuolisia. Tämä tarkoittaa, että voima m1, joka kohdistaa m2:een, on yhtä suuri kuin voima m2, joka kohdistaa m1:een.
Pisteessä oleva gravitaatiopotentiaali määritellään työmääränä, joka tehdään massayksikköön, kun se tuodaan äärettömyydestä annettuun pisteeseen. Koska gravitaatiopotentiaali äärettömyydessä on nolla ja koska tehtävän työn määrä on negatiivinen, gravitaatiopotentiaali on aina negatiivinen. Siksi minkä tahansa kohteen gravitaatiopotentiaalienergia on myös negatiivinen.
Magnetismi
Magnetismi johtuu sähkövirroista. Suora virtaa kuljettava johdin kohdistaa voiman, joka on normaali virran suhteen, toiseen virtaa kuljettavaan johtimeen, joka on sijoitettu samansuuntaisesti ensimmäisen johtimen kanssa. Koska tämä voima on kohtisuorassa varausvirtaan nähden, tämä ei voi olla sähkövoima. Tämä tunnistettiin myöhemmin magnetismiksi. Jopa näkemämme kestomagneetit perustuvat elektronin spinin luomaan virtasilmukkaan.
Magneettinen voima voi olla joko houkutteleva tai vastenmielinen, mutta tämä on aina molemminpuolista. Magneettikenttä kohdistaa voiman mihin tahansa liikkuvaan varaukseen, mutta se ei vaikuta paikallaan oleviin varauksiin. Liikkuvan varauksen magneettikenttä on aina kohtisuorassa nopeuteen nähden. Magneettikentän liikkuvaan varaukseen kohdistuva voima on verrannollinen varauksen nopeuteen ja magneettikentän suuntaan.
Mitä eroa on magnetismilla ja painovoimalla?
• Gravitaatiovoimat johtuvat massasta ja magnetismi johtuu liikkuvista varauksista.
• Magneettiset voimat voivat olla joko houkuttelevia tai hylkiviä, mutta gravitaatiovoimat ovat aina houkuttelevia.
• Gaussin lain soveltaminen massoihin antaa kokonaisgravitaatiovuon suljetun pinnan yli, kun massa on suljettu, mutta magneetteihin sovellettaessa saadaan aina nolla.
• Koska magneettisia monopoleja ei ole, kokonaismagneettivuo minkä tahansa suljetun pinnan yli on aina nolla.
