Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения

Гравитационные силы

Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения.

В отличие от короткодействующих сильных и слабых взаимодействий, электромагнитные и гравитационные взаимодействия имеют свойство дальнего действия: их действие оказывается на очень больших расстояниях. Все механические явления в макроскопическом мире определяются исключительно гравитационными и электромагнитными силами. Действие планет на спутники, полет артиллерийских снарядов, плавания тел в жидкости - во всех этих явлениях оказываются гравитационные силы.

Между физическими телами действует сила взаимного притягивания. Такие явления, как падение тел на Землю, движение Луны вокруг Земли, планет вокруг Солнца и другие, происходят под действием сил всемирного притягивания, которые называют гравитационными.

Анализируя законы Кеплера и законы свободного падения тел на Земле, Ньютон дошел до вывода, что силы притягивания должны существовать не только на Земле, но и в космосе.

Закон, который характеризует силы притягивания, впервые сформулировал Ньютон в 1687 роке во время изучения движения Луны вокруг Земли. Это закон всемирного тяготения : любые две материальных точки притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

В СИ гравитационная стала имеет значение G = 6,67-10-11 Н-м2 /кг2. Следовательно, два тела массой 1 кг каждое, что находятся одна от другой на расстоянии 1 м, взаимно притягиваются гравитационной силой, которая равняется 6,67-10-11 Н.

Закон всемирного тяготения справедлив лишь для материальных точек. Строго доказано, что силу притягивания между двумя телами можно определить за формулой в таких случаях:

1. если оба тела являются однородными пулями, тогда m1 и m2 - их массы, r - расстояние между центрами пуль;

2. одно из тел является материальной точкой, а второе - однородная пуля, тогда m1 и m2 - масса шара и точки, r - расстояние между их центрами масс.

Две силы взаимодействия, которые действуют на каждое из взаимодействующих тел, одинаковые по величине и противоположные за направлением в полном соответствии с третьим законом Ньютона. Они направлены вдоль прямой, которая соединяет материальные точки; их называют центральными силами. Гравитационное взаимодействие между телами, что описывается законом всемирного тяготения, осуществляется при посредничестве гравитационного поля (поля тяготения). В каждой точке поля тяготения на вмещенное туда тело действует сила притяжения, пропорциональная массе этого тела.

Сила тяготения не зависит от среды, в которой находятся тела.

Полет тяготение имеет специфическое свойство, которое заключается в том, что во время перенесения тела массой m из одной точки поля тяготения в другую робота силы притяжения не зависит от траектории движения тела, а зависит только от положения в этом поле исходной и конечной точек перемещения тела. Силы, что имеют подобное свойство, называют консервативными силами, а поле таких сил - потенциальным или потенциалом.

Силу, с которой тело притягивается к Земле под действием поля тяготения Земли, называют силой тяготения.

Разместим на высоте h над Землей, радиус какой RЗ и масса - МЗ, тело массой m. Между телом и Землей действует сила всемирного притяжения. Свободное падение тел - это отдельный случай прямолинейного равноускоренного движения без начальной скорости. Свободное падение - это движение тел в вакууме под действием одной силы - силы притяжения. Ускорение при этом одинаково для всех тел. Этот факт подтверждается экспериментально. Поместим в трубку три разных предмета (свинцовую дробинку, пробку и птичье перышко). Потом быстро перевернем трубку.

Все три тела упадут на ее дно в такой последовательности: дробинка, пробка и перо. Так падают тела тогда, когда в трубке есть воздух. Если же воздух из трубки откачать насосом и, закрыв после откачивания кран, опять перевернуть трубку, все три тела упадут одновременно.