Пашикова Т.Д.
Преподователь кафедры общей физики
Туркменский государственный университет им. Махтумкули
(г. Ашхабад, Туркменистан)
Гравитационное поле. Гравитационная сила. Закон всемирного тяготения
Ньютон был первым, кто строго доказал, что причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же. Это сила тяготения, действующая между любыми телами Вселенной.
Закон всемирного тяготения. Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними
(1)
Коэффициент пропорциональности называется гравитационной постоянной.
Физический смысл . Она численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1кг каждая, если расстояние между ними равно 1м при . Получаем (численно).
Закон всемирного тяготения как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис.1). Подобного рода силы называются центральными.
Самым поразительным свойством гравитационных сил является то, что они сообщают всем телам, независимо от их масс, одно и то же ускорение. Масса тела, которая входит во второй закон Ньютона определяет инертные свойства тела, т.е. его способность приобретать определённое ускорение под действием данной силы. Эту массу называют инертной . Массу, определяющую способность тел притягиваться друг к другу, называютгравитационной .
Из механики Ньютона совсем не следует, что инертная и гравитационная массы одинаковы
(2)
Равенство (2) является непосредственным следствием из опыта, для всех веществ инертная и гравитационная массы точно совпадают. Оно означает, что масса тела – количественная мера как инертных, так и гравитационных его свойств. Этот факт называется принципом эквивалентности. На этом принципе построена общая теория относительности, называемая также релятивистской теорией гравитации.
В 1987 г. Генри Кавендиш измерил гравитационную постоянную. Он использовал факт, что для закручивания на несколько градусов длинной тонкой кварцевой нити требуется очень небольшая сила, соизмеримая с гравитационной силой, действующий между двумя свинцовыми шарами, почти касающимися друг друга. Кавендиш откалибровал кварцевую нить, а затем подвесил к ней два небольших свинцовых шарика, укрепленных на концах лёгкого стержня (рис.2). Поместив вблизи небольших шариков два более крупных свинцовых шара, он измерял угловое отклонение стержня на угол . Тщательные измерения дали значение .
рис.2
Закон всемирного тяготения в случае взаимодействия земного шара с телами, расположенными вблизи земной поверхности на высоте имеет вид
(3)
Согласно материалистической философии, взаимодействие между материальными телами может осуществляться только материальным посредником – гравитационным полем.
Гравитационное поле или поле тяготения – фундаментальное физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействия между всеми материальными телами.
Современная физика считает, что существуют два вида материи: вещество и поле. Свойства поля существенно отличаются от свойств вещества. Сто лет назад Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн. В 1915г. А. Эйнштейну удалось дать общековариантное описание гравитации как геометрического эффекта. Так родилась современная теория гравитации. В 2017г. группе ученных Р. Вайссу, К. Торну и Б.Бэришу удалось создать детектор LIGO и зарегистрировать гравитационные волны, за что им была присуждена Нобелевская премия по физике.
Закон всемирного тяготения, объясняющий падение тел на Землю, описывает так же орбиты планет и комет, движущихся вокруг Солнца, и даже движение гигантских звездных галактик относительно друг друга. Он позволил вычислить массы Земли, Солнца и большинства планет, а так же периоды их обращения.
Гравитационное притяжение испытывают световые лучи при прохождении вблизи звезд. Отклонение их траектории от прямолинейной наблюдается при полном солнечном затмении, когда Луна «затеняет» Солнце.
Закон всемирного тяготения является одним из самых универсальных законов природы. Он справедлив для любых тел, обладающих массой.
