Pri štúdiu školského kurzu fyziky je dôležitou témou v sekcii mechaniky zákon univerzálnej gravitácie. V tomto článku sa bližšie pozrieme na to, čo to je a akým matematickým vzorcom je opísaný, a tiež uvedieme príklady gravitačnej sily v každodennom ľudskom živote a v kozmickom meradle.
Kto objavil zákon gravitácie
Skôr ako uvedieme príklady gravitačnej sily, stručne opíšme, komu sa pripisuje zásluha za jej objavenie.
Od staroveku ľudia pozorovali hviezdy a planéty a vedeli, že sa pohybujú po určitých trajektóriách. Okrem toho každý, kto nemal špeciálne znalosti, pochopil, že bez ohľadu na to, ako ďaleko a vysoko hodil kameň alebo iný predmet, vždy spadol na zem. Nikto z ľudí však ani len netušil, že procesy na Zemi a nebeských telesách riadi rovnaký prírodný zákon.
V roku 1687 Sir Isaac Newton publikoval vedeckú prácu, v ktorej prvýkrát načrtol matematickéformulácia zákona univerzálnej gravitácie. Samozrejme, Newton neprišiel nezávisle na tejto formulácii, ktorú osobne poznal. Využil niektoré nápady svojich súčasníkov (napríklad existenciu nepriamej úmernosti k druhej mocnine vzdialenosti príťažlivej sily medzi telesami), ako aj nahromadené experimentálne skúsenosti o trajektóriách planét (Keplerove tri zákony). Newtonova genialita sa prejavila v tom, že vedec ju po analýze všetkých dostupných skúseností dokázal sformulovať do podoby koherentnej a prakticky použiteľnej teórie.
Vzorec gravitácie
Zákon univerzálnej gravitácie možno stručne sformulovať takto: medzi všetkými telesami vo vesmíre pôsobí príťažlivá sila, ktorá je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi ich ťažiskami a priamo úmerná súčinu hmotnosti samotných tiel. Pre dve telesá s hmotnosťou m1 a m2, ktoré sú od seba vzdialené r, bude skúmaný zákon napísaný ako:
F=Gm1m2/r2.
G je konštanta gravitácie.
Sila príťažlivosti sa dá vypočítať pomocou tohto vzorca vo všetkých prípadoch, ak sú vzdialenosti medzi telesami dostatočne veľké v porovnaní s ich veľkosťami. V opačnom prípade a tiež v podmienkach silnej gravitácie v blízkosti masívnych vesmírnych objektov (neutrónové hviezdy, čierne diery) by sa mala použiť teória relativity vyvinutá Einsteinom. Ten považuje gravitáciu za výsledok skreslenia časopriestoru. V klasickom Newtonovom zákonegravitácia je výsledkom interakcie telies s nejakým energetickým poľom, ako sú elektrické alebo magnetické polia.
Prejav gravitácie: Príklady z každodenného života
Po prvé, ako príklady môžeme pomenovať akékoľvek padajúce telesá z určitej výšky. Napríklad list alebo povestné jablko zo stromu, padajúci kameň, kvapky dažďa, horské zosuvy a zosuvy pôdy. Vo všetkých týchto prípadoch majú telesá tendenciu do stredu našej planéty.
Po druhé, keď učiteľ požiada študentov, aby „uviedli príklady gravitácie“, mali by tiež pamätať na to, že všetky telesá majú váhu. Keď je telefón na stole alebo keď je človek vážený na váhe, v týchto prípadoch telo tlačí na podperu. Telesná hmotnosť je názorným príkladom prejavu gravitačnej sily, ktorá spolu s reakciou opory tvorí dvojicu síl, ktoré sa navzájom vyrovnávajú.
Ak sa pre pozemské podmienky použije vzorec z predchádzajúceho odseku (dosadíme doň hmotnosť planéty a jej polomer), možno získať nasledujúci výraz:
F=mg
Používa sa pri riešení problémov s gravitáciou. Tu g je zrýchlenie udelené všetkým telesám bez ohľadu na ich hmotnosť pri voľnom páde. Ak by neexistoval odpor vzduchu, ťažký kameň a ľahké pierko by spadli v rovnakom čase z rovnakej výšky.
Gravitácia vo vesmíre
Každý vie, že Zem spolu s ostatnými planétami sa točí okolo Slnka. Na druhej strane, Slnko, byť vjedno z ramien špirálovej galaxie Mliečna dráha rotuje spolu so stovkami miliónov hviezd okolo jej stredu. Aj samotné galaxie sa k sebe približujú v takzvaných lokálnych zhlukoch. Ak sa vrátime späť na stupnici, potom by sme si mali spomenúť na satelity, ktoré sa točia okolo ich planét, asteroidy, ktoré na tieto planéty dopadajú alebo prelietavajú. Všetky tieto prípady si možno zapamätať, ak učiteľ požiada študentov: „Uveďte príklady gravitačnej sily.“
Všimnite si, že v posledných desaťročiach bola otázka hlavnej sily v kozmickom meradle spochybnená. V lokálnom priestore je to nepochybne sila gravitácie. Vzhľadom na problematiku na úrovni galaxie však do hry vstupuje ďalšia, zatiaľ neznáma sila, spojená s temnou hmotou. To posledné sa prejavuje ako antigravitácia.
