Гравитационная сила

Одним из фундаментальных природных взаимодействий является гравитация. Сила притяжения Земли известна человеку с древности. Однако, точное ее описание появилось лишь в эпоху Возрождения. Рассмотрим особенности этой силы подробнее.

Открытие гравитационных сил

Согласно представлениям Аристотеля, Земля состоит из «абсолютно тяжелого» элемента земли, и находится в геометрическом центре Вселенной. Этот элемент является причиной падения тел, он тянет все тела в центр Вселенной, а поскольку все тела в той или иной степени состоят из него, то все они также испытывают такое же стремление.

Небесные тела никак не связывались с Землей, они совершали движение либо по «хрустальным сферам» либо, в более поздней системе Птолемея по «совершенным» окружностям.

К XVIв стало накапливаться все больше фактов, говорящих о том, что Земля – не единственный объект, обладающий гравитацией. Исследования Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта подводили к мысли, что причиной непрямолинейного движения планет является существование некоторой силы, постоянно искривляющей траекторию движения, без участия которой планеты бы двигались по прямым.

Законченную форму эти представления обрели в труде И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», изданном в 1687 г, где была выведена формула гравитационной силы.

Книга Ньютона Математические Начала Натуральной Философии

Рис. 1. Книга Ньютона Математические Начала Натуральной Философии.

Согласно Ньютону, любое изменение скорости движения тела – это результат воздействия некоторой силы. Исследовав законы движения планет, открытые Кеплером, Ньютон пришел к выводу, что траектория движения планет – это результат действия гравитационной силы, действующей между планетами и Солнцем. Сила эта пропорциональна массе тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

$$F_{грав}=G{m_1m_2\over r^2}$$

Заслугой Ньютона явилось то, что он распространил действие гравитации не только на небесные тела, но и на вобще любые тела, обладающие массой, установив, таким образом, Закон Всемирного Тяготения.

Силы гравитации

Рис. 2. Силы гравитации.

Особенности гравитационной силы

Итак, явление гравитации состоит в том, что между телами существует сила взаимного притяжения, пропорциональная их массам. В чем особенности этой силы ?

  • Радиус действия гравитации бесконечен. Величина ее падает пропорционально квадрату расстояния, и эта зависимость неизменна. Таким образом, даже объекты, удаленные на значительные астрономические расстояния, все равно оказывают небольшое гравитационное влияние друг на друга.
  • Гравитация – всемирная сила. От поля гравитационной силы укрыться невозможно. В отличие, например, от магнитного поля, которое не проникает в сверхпроводники, гравитация проникает через любые материальные преграды.
  • Силы гравитации потенциальны. Это означает, что любой точке пространства соответствует некоторая потенциальная энергия гравитационной силы, и для определения работы гравитации не требуется знать форму траектории, достаточно знать лишь положения начальной и конечной точки пути.

Гравитация – единственная сила, сообщающая всем телам одинаковое ускорение. Ускорение, сообщаемое телу силами любой другой природы, зависит от массы тела. Для гравитационного поля Земли это не так. Еще Галилей показал, что легкая дробинка и тяжелое ядро падают с одинаковым ускорением, несмотря на разницу в весе. Это происходит потому, что хотя масса ядра значительно больше, гравитационная сила для него также больше. В результате ускорение, получаемое ядром, равно ускорению, получаемое дробинкой.

Точность Закона Всемирного Тяготения позволила не только описать движения планет, но и предсказать существование еще неоткрытой планеты – Нептуна. И лишь в XXв появились данные, расходящиеся с ним. Дальнейшее развитие теория гравитации получила в рамках Общей Теории Относительности А.Эйнштейна, для которой гравитация Ньютона является частным случаем.

Общая теория относительности Эйнштейна

Рис. 3. Общая теория относительности Эйнштейна.

Что мы узнали?

Согласно теории гравитации И.Ньютона, между любыми телами, имеющими массу, существует сила взаимного притяжения, пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Ускорение, сообщаемое гравитацией телам, не зависит от их массы.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

    Согласно Аристотелю, небесные тела связаны с Землей…

Начать тест(новая вкладка)

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 25.

Предметы