Кожному школяреві відомо, що причиною будь-якого руху тіла є деяка зовнішня сила, яка чинить на нього дію. У статті розглянемо коротко закон Всесвітнього тяжіння, із-за якого відбувається рух космічних об'єктів і з-за якого падають вниз тіла на нашій планеті.

Хто і коли відкрив закон?

Кажучи коротко про законі Всесвітнього тяжіння, слід привести історію його відкриття. Офіційною датою цієї події вважається 1687 рік, коли Ісаак Ньютон опублікував свою роботу, де дав йому формулювання. Тим не менш, не слід вважати, що у фізиці закон Всесвітнього тяжіння - це дітище виключно Ньютона. Навіть сам англієць визнавав, що математичну залежність сили тяжіння від відстані пропонували багато його попередники і сучасники.


Як би там не було, заслуга Ньютона очевидна. Саме він зміг зібрати велику кількість ідей та експериментальних залежностей, наприклад, закони Кеплера, провести детальний аналіз усіх даних і сформулювати красиву і струнку теорію. Тому відкриття Всесвітнього тяжіння закону належить йому по праву.

У чому полягає універсальний закон гравітації?

Коротко Всесвітнього тяжіння закон можна наступним чином сформулювати: сила, з якою притягуються один до одного два тіла, прямо пропорційна добутку їх мас і квадрату відстані між їх гравітаційними центрами обернено пропорційна. Якщо маси тіл позначити символами m 1 і m 2 , а відстань між ними - r, тоді сила тяжіння F обчислюється за наступною формулою:


F = G*m 1 *m 2 /r 2 . У формулі Всесвітнього тяжіння закону варто величина G . Ця величина називається гравітаційною універсальної постійною. Сам Ньютон не зміг визначити її значення, оскільки не володів достатньою кількістю даних на кінець XVII століття. Виміряна вона була лише століття опісля Кавендішем на крутильних вагах. Що стосується формули закону Всесвітнього тяжіння, то любителі фізики можуть помітити, що вона має точно такий же вигляд, що і формула для кулонівської взаємодії електричних зарядів. Цей факт спонукав вчених ввести у фізику поняття гравітаційного поля, за допомогою якого взаємодіють масивні об'єкти за аналогією з електричним полем, що обумовлює взаємодію зарядів.

Сила земного тяжіння

Як відомо, на будь-які тіла, що знаходяться на поверхні нашої планети або недалеко від неї, діє спрямована до центру Землі сила тяжіння. Вона описується наступною формулою: F = m*g. Де g = 981 м/с 2 - це падіння вільного прискорення. Звідки береться ця величина? Відповісти на запитання можна коротко: Всесвітнього тяжіння закон дозволяє точно визначити величину g. Покажемо, як це робиться. Припустимо, що тіло масою m падає на Землю, має масу M. Радіус R нашої планети становить 6371 км. Якщо навіть тіло m знаходиться на висоті кількох кілометрів, то цю дистанцію можна не враховувати в порівнянні з відстанню до центру планети. У такому разі універсальний гравітаційний закон запишеться у вигляді: F = G*m*M /R 2 . Порівнюючи цю і попередню формулу, одержуємо вираз для величини g: g = G*M/R 2 . Якщо сюди підставити значення для всіх величин, то ми отримаємо значення 981 м/с 2 . Прискорення g діє на всіх планетах та їх супутниках, але його величина не є постійною, оскільки різними є маси тіл і їх радіуси. З статики відомо, що вага тіла - це сила, з якою воно тисне на опору. Вага обчислюється за тією ж формулою, що і сила ваги. Якщо зважити одне і те ж тіло поблизу полюса і поблизу екватора, то виявиться, що у другому випадку воно буде важити трохи менше. Причиною цього є два чинники:

Відстань до центру Землі менше на полюсах, ніж на екваторі.

В результаті обертання навколо осі Землі на всі тіла, що знаходяться на її поверхні, діють відцентрові сили, що зменшують вплив гравітаційного тяжіння, а значить, вага тіла. Поблизу екватора відцентрові сили максимальні, на полюсах вони дорівнюють нулю.

Межі застосування

Розглянувши коротко закон Всесвітнього тяжіння, слід кілька слів сказати про межі його застосовності. Вивченої формулою можна користуватися завжди, коли маси тіл і відстані між ними великі. Так, рух планет в Сонячній системі з хорошою точністю описуються з допомогою цього закону. Виняток становить лише Меркурій, який дуже близько знаходиться до Сонця, тому для точного опису його руху слід користуватися загальною теорією відносності Ейнштейна. Проблеми застосування універсального закону також виникають при описі взаємодії електромагнітних хвиль з сильними полями гравітації.