Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Прискорення вільного падіння

Гравітаційна взаємодія – взаємодія, яка є властивою всім тілам у Всесвіті й виявляється в їхньому взаємному притяганні одне до одного.

Гравітаційна взаємодія здійснюється за допомогою особливого виду матерії –  гравітаційного поля (існує навколо будь-якого тіла: зорі, планети, людини, книжки, молекули, атома).

 Закон всесвітнього тяжіння

До XVII ст. вчені вважали, що тільки Земля має особливу властивість притягувати до себе всі тіла, що перебувають поблизу її поверхні. У 1667 р. Ньютон висловив дивне для тих часів твердження, що між усіма тілами діють сили взаємного притягання та сформулював закон всесвітнього тяжіння.

 Закон всесвітнього тяжіння:

Між будь-якими двома тілами діють сили гравітаційного притягання, які прямо пропорційні добутку мас цих тіл і обернено пропорційні квадрату відстані між ними.

G – гравітаційна стала. 

Гравітаційну сталу вперше виміряв англійський учений Генрі Кавендіш у 1798 р. за допомогою крутильних терезів:

 Завдяки закону всесвітнього тяжіння:

-         описують рух природних і штучних тіл у Сонячній системі;

-         описують рух подвійних зір, зоряних скупчень;

-         обчислюють маси небесних тіл;

-         визначають характер руху небесних тіл, будову, еволюцію.

 Сила тяжіння

Сила тяжіння  – сила, з якою Земля (або інше астрономічне тіло) притягує до себе тіла, що перебувають на її поверхні або поблизу неї.

 G – гравітаційна стала;

m – маса тіла;

М_З – маса Землі;

r = R_З + h – відстань від центра Землі до тіла.

 Прискорення вільного падіння

Вільне падіння – це рух тіла лише під дією сили тяжіння (за умови, що опір повітря незначний і на тіло не діють інші сили).

Прискорення вільного падіння можна визначити, застосувавши другий закон Ньютона:

 Як і сила тяжіння, прискорення вільного падіння завжди напрямлене вертикально вниз  незалежно від того, в якому напрямку рухається тіло.

 Маємо дві формули для визначення модуля сили тяжіння:

Аналіз останньої формули:

1. Прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла (довів Ґ. Ґалілей).

2. Прискорення вільного падіння зменшується в разі збільшення висоти h тіла над поверхнею Землі, причому помітна зміна відбувається, якщо h становить десятки й сотні кілометрів (на висоті h = 100 км прискорення вільного падіння зменшиться лише на 0,3 м/с²).

3. Якщо тіло перебуває на поверхні Землі  або на висоті кількох кілометрів :

Через обертання Землі, а також через те, що форма Землі – еліпсоїд (екваторіальний радіус Землі більший за полярний на 21 км), прискорення вільного падіння залежить від географічної широти місцевості.

Відеофрагмент "Закони Ньютона"