26-01-2019 22:53

Закон Всемирного тяготения кратко. История открытия, формула и границы применимости

Каждому школьнику известно, что причиной любого движения тела является некоторая внешняя сила, которая оказывает на него действие. В статье рассмотрим кратко Всемирного тяготения закон, из-за которого происходит движение космических объектов и из-за которого падают вниз тела на нашей планете.

Кто и когда открыл закон?

Исаак Ньютон

Говоря кратко о Всемирного тяготения законе, следует привести историю его открытия. Официальной датой этого события считается 1687 год, когда Исаак Ньютон опубликовал свою работу, где дал ему формулировку. Тем не менее, не следует полагать, что в физике Всемирного тяготения закон - это детище исключительно Ньютона. Даже сам англичанин признавал, что математическую зависимость силы гравитации от расстояния предлагали многие его предшественники и современники.

Кто это - хрыч? И при чем тут собакиВам будет интересно:Кто это - хрыч? И при чем тут собаки

Как бы там ни было, заслуга Ньютона очевидна. Именно он смог собрать воедино большое количество идей и экспериментальных зависимостей, например, законы Кеплера, провести детальный анализ всех данных и сформулировать красивую и стройную теорию. Поэтому открытие Всемирного тяготения закона принадлежит ему по праву.

В чем состоит универсальный закон гравитации?

Сила притяжения между телами

Кратко Всемирного тяготения закон можно следующим образом сформулировать: сила, с которой притягиваются друг к другу два тела, прямо пропорциональна произведению их масс и квадрату расстояния между их гравитационными центрами обратно пропорциональна. Если массы тел обозначить символами m1 и m2, а расстояние между ними - r, тогда сила притяжения F вычисляется по следующей формуле:

F = G*m1*m2/r2.

В формуле Всемирного тяготения закона стоит величина G . Эта величина называется гравитационной универсальной постоянной. Сам Ньютон не смог определить ее значение, поскольку не обладал достаточным количеством данных на конец XVII века. Измерена она была лишь век спустя Кавендишем на крутильных весах.

Что касается формулы Всемирного тяготения закона, то любители физики могут заметить, что она имеет точно такой же вид, что и формула для кулоновского взаимодействия электрических зарядов. Этот факт побудил ученых ввести в физику понятие гравитационного поля, с помощью которого взаимодействуют массивные объекты по аналогии с электрическим полем, обуславливающим взаимодействие зарядов.

Сила земного тяготения

Свободное падение

Как известно, на любые тела, находящиеся на поверхности нашей планеты или недалеко от нее, действует направленная к центру Земли сила тяжести. Она описывается следующей формулой:

F = m*g.

Где g = 9,81 м/с2 - это падения свободного ускорение. Откуда берется эта величина? Ответить на вопрос можно кратко: Всемирного тяготения закон позволяет точно определить величину g. Покажем, как это делается.

Предположим, что тело массой m падает на Землю, имеющую массу M. Радиус R нашей планеты составляет 6371 км. Если даже тело m находится на высоте нескольких километров, то эту дистанцию можно не учитывать по сравнению с расстоянием до центра планеты. В таком случае универсальный гравитационный закон запишется в виде:

F = G*m*M /R2.

Сравнивая эту и предыдущую формулы, получаем выражение для величины g:

g = G*M/R2.

Если сюда подставить значения для всех величин, то мы получим значение 9,81 м/с2.

Ускорение g действует на всех планетах и их спутниках, но его величина не является постоянной, так как разными являются массы тел и их радиусы.

Из статики известно, что тела вес - это сила, с которой оно давит на опору. Вес вычисляется по той же формуле, что и сила тяжести. Если взвесить одно и то же тело вблизи полюса и вблизи экватора, то окажется, что во втором случае оно будет весить немного меньше. Причиной этому являются два фактора:

  • Расстояние до центра Земли меньше на полюсах, чем на экваторе.
  • В результате вращения вокруг оси Земли на все тела, находящиеся на ее поверхности, действуют центробежные силы, уменьшающие влияние гравитационного притяжения, а значит, вес тела. Вблизи экватора центробежные силы максимальны, на полюсах они равны нулю.

Границы применимости

Модель Солнечной системы

Рассмотрев кратко Всемирного тяготения закон, следует несколько слов сказать о границах его применимости.

Изученной формулой можно пользоваться всегда, когда массы тел и расстояния между ними велики. Так, движение планет в Солнечной системе с хорошей точностью описываются с помощью этого закона. Исключение составляет лишь Меркурий, который очень близко находится к Солнцу, поэтому для точного описания его движения следует пользоваться теорией относительности общей Эйнштейна.

Проблемы применения универсального закона также возникают при описании взаимодействия электромагнитных волн с сильными полями гравитации.



Источник