Гравітаційні сили (сили тяжіння)

Гравітаційна взаємодія описується законом всесвітнього тяжіння, відкритим Ньютоном в 1682 р Ньютон отримав свій закон, грунтуючись на трьох законах Кеплера, встановлених на підставі астрономічних спостережень Тихо Браге за рухом планет Сонячної системи. Згідно з цими законами:
траєкторії всіх планет мають форму еліпса, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце;
площі, описувані радіус-вектором планети за рівні проміжки часу, однакові;
для всіх планет відношення квадрата періоду обігу до куба великої півосі еліпса мають одне і те ж значення.

Закон всесвітнього тяжіння формулюється так: сила тяжіння між двома матеріальними точками пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. З формули (2.4) видно, що гравітаційна стала чисельно дорівнює силі взаємного тяжіння двох матеріальних точок, які мають маси, рівні одиниці маси, і знаходяться один від одного на відстані, рівному одиниці довжини. Числове значення гравітаційної постійної встановлено експериментально. Вперше це зробив англійський вчений Кавендіш за допомогою крутильного динамометра (крутильних ваг). В системі одиниць СІ гравітаційна стала має значення. Отже, дві матеріальні точки масою 1 кг кожна, знаходяться один від одного на відстані 1 м, взаємно притягуються гравітаційної силою, рівною. Викладені міркування не можна розглядати як висновок закону всесвітнього тяжіння, вони є лише ілюстраціями до міркувань Ньютона.

Гравітаційні сили є силами тяжіння: на кожну масу діє сила тяжіння з боку іншої маси. Таким чином, це завжди дві сили, спрямовані по прямій, що з’єднують їх центри, тому ці сили є центральними (рис. 2.4).

Закон всесвітнього тяжіння Ньютона справедливий лише для точкових мас, тобто для таких тіл, розміри яких малі порівняно з відстанню між ними. Однак його можна застосувати і для обчислення сил тяжіння тел кінцевих розмірів. Для цього потрібно подумки розбити тіло на окремі елементи, які можна вважати матеріальними точками, і потім векторно скласти всі сили, створювані цими елементами. Саме таким способом можна показати, що закон Ньютона можна застосувати до однорідних кулях, вважаючи, що вся маса кулі зосереджена в його центрі.
Основне фізичний зміст другого закону Ньютона полягає в тому, що сила гравітаційного тяжіння тіл пропорційна їх інертним масам, тобто масам, що характеризує інертні властивості тіл. Але інерція і здатність до гравітаційних взаємодій представляють різні властивості матерії і, отже, гравітаційна взаємодія має визначатися гравітаційними масами. Однак з високим ступенем точності експериментально встановлено рівність інертних і гравітаційних мас.

Посилання на основну публікацію