La forza della legge di gravitazione universale. La forza di gravità universale

Il fenomeno della gravitazione universale è che le forze attrattive agiscono tra tutti i corpi dell'Universo.

Newton giunse alla conclusione sull'esistenza della gravità universale (sono anche chiamate gravitazionali) come risultato dello studio del movimento della Luna attorno alla Terra e dei pianeti attorno al Sole. Queste osservazioni astronomiche furono fatte dall'astronomo danese Tycho Brahe. Tycho Brahe misurò la posizione di tutti i pianeti conosciuti a quel tempo e scrisse le loro coordinate, ma Tycho Brahe non riuscì finalmente a derivare e creare la legge del moto planetario rispetto al Sole. Ciò è stato fatto dal suo allievo Johannes Kepler. Johannes Kepler utilizzò non solo le misurazioni di Tycho Brahe, ma anche a quel tempo il sistema eliocentrico del mondo di Copernico, che era già abbastanza comprovato e utilizzato ovunque. Quel sistema in cui si ritiene che il Sole sia al centro del nostro sistema e che i pianeti ruotino attorno ad esso.

Figura 1. Sistema eliocentrico del mondo (sistema copernicano)

Innanzitutto Newton presupponeva che tutti i corpi avessero la proprietà di attrazione, cioè quei corpi che hanno masse sono attratti l'uno dall'altro. Questo fenomeno venne chiamato gravità universale. E i corpi che attraggono gli altri gli uni verso gli altri creano forza. Questa forza con cui vengono attratti i corpi cominciò a essere chiamata gravitazionale (dalla parola gravitas - "gravità").

Legge di gravità

Newton riuscì a ottenere una formula per calcolare la forza di interazione tra corpi con massa. Questa formula si chiama legge di gravitazione universale. È stato scoperto nel 1667$. I. Newton basò la sua scoperta su osservazioni astronomiche

La stessa "legge di gravitazione universale" suona così: due corpi si attraggono con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle masse di questi corpi e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.

Diamo un'occhiata alle quantità incluse in questa legge. Quindi, la stessa legge di gravitazione universale assomiglia a questa:

C'è un altro valore qui: $G$, costante gravitazionale. Il suo significato fisico è che mostra la forza con cui interagiscono due corpi del peso di $1$ kg, ciascuno $1$ kg, situati a una distanza di $1$ m. Questo valore è molto piccolo, è solo dell'ordine di grandezza $10^ (. -11).$

$G=6,67\cdot 10^(-11) \frac(H\cdot m^2)(kg^2)$

Questo valore indica la relazione in cui si trovano, con quale forza interagiscono i corpi vicini e anche se si trovano abbastanza vicini (ad esempio due persone in piedi), non sentiranno affatto questa interazione, poiché l'ordine di forza è $10^(-11)$ non darà una sensazione significativa. L'effetto della forza gravitazionale comincia a farsi sentire solo quando la massa dei corpi è grande.

Limiti di applicabilità della legge di gravitazione universale

Nella forma in cui utilizziamo la legge di gravitazione universale, essa non è sempre valida, ma solo in alcuni casi:

se le dimensioni dei corpi sono trascurabili rispetto alla distanza tra loro;

Figura 2.

se entrambi i corpi sono omogenei e hanno forma sferica - in questo caso, anche se le distanze tra i corpi non sono così grandi, la legge di gravitazione universale è applicabile se i corpi hanno forma sferica e quindi le distanze sono definite come le distanze tra i centri dei corpi in questione;

Figura 3.

se uno dei corpi interagenti è una palla le cui dimensioni sono significativamente più dimensioni un secondo corpo (di qualsiasi forma) situato sulla superficie di questa palla o vicino ad essa - questo è il caso del movimento dei satelliti nelle loro orbite attorno alla Terra.

Figura 4.

Esempio 1

Un satellite artificiale si muove su un'orbita circolare attorno alla Terra alla velocità di 1$ km/s ad un'altitudine di 350.000 km. Dobbiamo determinare la massa della Terra.

Dati: $v=1$ km/s, $R=350000$ km.

Trova: $M_(3) $-?

Poiché il satellite si muove attorno alla Terra, ha un’accelerazione centripeta pari a:

$F=Sol\frac(mM_(3) )(R^(2) ) =ma$. (2)

Tenendo conto di (1) da (2), scriviamo l'espressione per trovare la massa della Terra:

$M_(3) =\frac(v^(2) R)(G) =5,24\cdot 10^(24) $kg

Risposta: $M_(3) =5,24\cdot 10^(24) $ kg.

Questo articolo si concentrerà sulla storia della scoperta della legge di gravitazione universale. Qui conosceremo le informazioni biografiche della vita dello scienziato che ha scoperto questo dogma fisico, ne considereremo le principali disposizioni, la relazione con la gravità quantistica, il corso dello sviluppo e molto altro.

Genio

Sir Isaac Newton è uno scienziato originario dell'Inghilterra. Un tempo dedicò molta attenzione e impegno a scienze come la fisica e la matematica e apportò molte novità alla meccanica e all'astronomia. È giustamente considerato uno dei primi fondatori della fisica nel suo modello classico. È autore dell'opera fondamentale "Principi matematici della filosofia naturale", in cui ha presentato informazioni sulle tre leggi della meccanica e sulla legge di gravitazione universale. Con queste opere Isaac Newton gettò le basi della meccanica classica. Ha anche sviluppato un tipo integrale, la teoria della luce. Diede anche importanti contributi all'ottica fisica e sviluppò molte altre teorie in fisica e matematica.

Legge

La legge di gravitazione universale e la storia della sua scoperta risalgono a un lontano passato. La sua forma classica è una legge che descrive interazioni di tipo gravitazionale che non vanno oltre la struttura della meccanica.

La sua essenza era che l'indicatore della forza F della spinta gravitazionale derivante tra 2 corpi o punti della materia m1 e m2, separati l'uno dall'altro da una certa distanza r, mantiene la proporzionalità rispetto ad entrambi gli indicatori di massa ed è inversamente proporzionale alla quadrato della distanza tra i corpi:

F = G, dove il simbolo G indica la costante gravitazionale pari a 6.67408(31).10 -11 m 3 /kgf 2.

La gravità di Newton

Prima di considerare la storia della scoperta della legge di gravitazione universale, familiarizziamo più in dettaglio con le sue caratteristiche generali.

Nella teoria creata da Newton, tutti i corpi con grande massa dovrebbero generare attorno a sé un campo speciale che attrae a sé altri oggetti. Si chiama campo gravitazionale e ha un potenziale.

Un corpo a simmetria sferica forma un campo esterno a sé, simile a quello creato da un punto materiale della stessa massa situato al centro del corpo.

La direzione della traiettoria di un tale punto nel campo gravitazionale creato da un corpo con una massa molto più grande obbedisce anche ad oggetti dell'universo, come, ad esempio, un pianeta o una cometa, che si muovono lungo un'ellisse o. iperbole. La distorsione creata da altri corpi massicci viene presa in considerazione utilizzando le disposizioni della teoria delle perturbazioni.

Analisi della precisione

Dopo che Newton scoprì la legge della gravitazione universale, dovette essere testata e dimostrata molte volte. A questo scopo sono stati effettuati una serie di calcoli e osservazioni. La forma sperimentale di valutazione, concordando con le sue disposizioni e basandosi sull'accuratezza del suo indicatore, serve come una chiara conferma della relatività generale. Misurando le interazioni del quadrupolo di un corpo che ruota, ma le sue antenne rimangono stazionarie, ci mostra che il processo di aumento δ dipende dal potenziale r -(1+δ), a una distanza di diversi metri ed è nel limite (2,1± 6.2) .10 -3 . Una serie di altre conferme pratiche hanno permesso a questa legge di affermarsi e assumere una forma unica, senza modifiche. Nel 2007 questo dogma è stato ricontrollato a una distanza inferiore a un centimetro (55 micron-9,59 mm). Tenendo conto degli errori dell'esperimento, gli scienziati hanno esaminato la distanza e non hanno riscontrato deviazioni evidenti in questa legge.

Anche l'osservazione dell'orbita della Luna rispetto alla Terra ne ha confermato la validità.

Spazio euclideo

La teoria classica della gravità di Newton è associata allo spazio euclideo. L'effettiva uguaglianza con una precisione abbastanza elevata (10 -9) degli indicatori della misura della distanza al denominatore dell'uguaglianza discussa sopra ci mostra la base euclidea dello spazio della meccanica newtoniana, con una forma fisica tridimensionale. In un tale punto della materia, l'area della superficie sferica ha esatta proporzionalità rispetto al quadrato del suo raggio.

Dati dalla storia

Consideriamo riepilogo storia della scoperta della legge di gravitazione universale.

Le idee furono avanzate da altri scienziati vissuti prima di Newton. Ci hanno pensato Epicuro, Keplero, Cartesio, Roberval, Gassendi, Huygens e altri. Keplero ipotizzò che la forza di gravità sia inversamente proporzionale alla distanza dal Sole e si estenda solo nei piani dell'eclittica; secondo Cartesio era una conseguenza dell'attività dei vortici nello spessore dell'etere. C'erano una serie di ipotesi che riflettevano le ipotesi corrette sulla dipendenza dalla distanza.

Una lettera di Newton a Halley conteneva informazioni secondo cui i predecessori dello stesso Sir Isaac erano Hooke, Wren e Buyot Ismael. Tuttavia, prima di lui, nessuno era riuscito a farlo chiaramente, utilizzandolo metodi matematici, collega la legge di gravità e il moto planetario.

La storia della scoperta della legge di gravitazione universale è strettamente connessa con l'opera “Principi matematici della filosofia naturale” (1687). In quest'opera Newton riuscì a ricavare la legge in questione grazie alla legge empirica di Keplero, già nota a quel tempo. Ci mostra che:

la forma del movimento di qualsiasi pianeta visibile indica la presenza di una forza centrale;
la forza di attrazione del tipo centrale forma orbite ellittiche o iperboliche.

Sulla teoria di Newton

Ispezione breve storia La scoperta della legge di gravitazione universale può anche indicarci una serie di differenze che la differenziano dalle ipotesi precedenti. Newton non solo pubblicò la formula proposta per il fenomeno in esame, ma propose anche un modello matematico nella sua interezza:

posizione sulla legge di gravità;
disposizione sulla legge del moto;
sistematica dei metodi della ricerca matematica.

Questa triade poteva studiare in modo abbastanza accurato anche i movimenti più complessi degli oggetti celesti, creando così le basi per la meccanica celeste. Fino a quando Einstein non iniziò il suo lavoro, questo modello non richiedeva una serie fondamentale di correzioni. Solo l'apparato matematico doveva essere notevolmente migliorato.

Oggetto di discussione

Il diritto scoperto e provato per tutto il Settecento divenne un noto oggetto di attivo dibattito e di scrupolosa verifica. Tuttavia, il secolo si concluse con un accordo generale con i suoi postulati e le sue affermazioni. Utilizzando i calcoli della legge, è stato possibile determinare con precisione i percorsi di movimento dei corpi nei cieli. La verifica diretta fu effettuata nel 1798. Lo ha fatto utilizzando una bilancia di tipo a torsione con grande sensibilità. Nella storia della scoperta della legge universale di gravità occorre dare un posto speciale alle interpretazioni introdotte da Poisson. Sviluppò il concetto di potenziale gravitazionale e l'equazione di Poisson, con la quale fu possibile calcolare tale potenziale. Questo tipo di modello ha permesso di studiare il campo gravitazionale in presenza di una distribuzione arbitraria della materia.

La teoria di Newton presentava molte difficoltà. Il principale potrebbe essere considerato l'inspiegabilità dell'azione a lungo raggio. Era impossibile rispondere con precisione alla domanda su come le forze gravitazionali vengono inviate attraverso lo spazio vuoto a velocità infinita.

"Evoluzione" della legge

Nel corso dei successivi duecento anni, e anche di più, molti fisici tentarono di proporre qualcosa vari modi per migliorare la teoria di Newton. Questi sforzi terminarono con un trionfo nel 1915, vale a dire con la creazione della Teoria della Relatività Generale, ideata da Einstein. È stato in grado di superare tutta la gamma di difficoltà. In conformità con il principio di corrispondenza, la teoria di Newton si è rivelata un approccio all'inizio del lavoro su una teoria in più vista generale, che può essere utilizzato se vengono soddisfatte determinate condizioni:

Il potenziale di natura gravitazionale non può essere troppo grande nei sistemi studiati. Il sistema solare è un esempio di rispetto di tutte le regole per il movimento dei corpi celesti. Il fenomeno relativistico si trova in una manifestazione evidente dello spostamento del perielio.
La velocità di movimento in questo gruppo di sistemi è insignificante rispetto alla velocità della luce.

La prova che in un campo gravitazionale stazionario debole i calcoli della relatività generale assumono la forma di quelli newtoniani è la presenza di un potenziale gravitazionale scalare in un campo stazionario con caratteristiche di forza debolmente espresse, che è in grado di soddisfare le condizioni dell'equazione di Poisson.

Scala quantistica

Tuttavia, nella storia, né la scoperta scientifica della legge di gravitazione universale, né la Teoria della Relatività Generale potrebbero servire come teoria gravitazionale finale, poiché entrambe non descrivono in modo soddisfacente processi di tipo gravitazionale su scala quantistica. Il tentativo di creare una teoria quantistica della gravitazione è uno dei compiti più importanti della fisica moderna.

Dal punto di vista della gravità quantistica, l'interazione tra gli oggetti avviene attraverso lo scambio di gravitoni virtuali. Secondo il principio di indeterminazione, il potenziale energetico dei gravitoni virtuali è inversamente proporzionale al periodo di tempo in cui è esistito, dal punto di emissione di un oggetto al momento in cui è stato assorbito da un altro punto.

In considerazione di ciò, risulta che su piccola scala l'interazione dei corpi comporta lo scambio di gravitoni di tipo virtuale. Grazie a queste considerazioni è possibile concludere un’affermazione sulla legge del potenziale di Newton e sulla sua dipendenza dall’indice di proporzionalità inversa rispetto alla distanza. L'analogia tra le leggi di Coulomb e di Newton è spiegata dal fatto che il peso dei gravitoni è zero. Il peso dei fotoni ha lo stesso significato.

Idea sbagliata

IN curriculum scolastico La risposta alla domanda storica su come Newton scoprì la legge di gravitazione universale è la storia di un frutto di mela che cade. Secondo questa leggenda, cadde sulla testa dello scienziato. Si tratta però di un malinteso molto diffuso e in realtà tutto si sarebbe potuto fare senza un simile incidente possibile infortunio teste. Lo stesso Newton a volte confermò questo mito, ma in realtà la legge non fu una scoperta spontanea e non arrivò in un impeto di intuizione momentanea. Come è stato scritto sopra, è stato sviluppato per molto tempo ed è stato presentato per la prima volta nei lavori sui "Principi matematici", che furono pubblicati al pubblico nel 1687.

Nel corso di fisica della seconda media hai studiato il fenomeno della gravitazione universale. Sta nel fatto che esistono forze gravitazionali tra tutti i corpi nell'Universo.

Newton giunse alla conclusione sull'esistenza delle forze gravitazionali universali (sono anche chiamate forze gravitazionali) come risultato dello studio del movimento della Luna attorno alla Terra e dei pianeti attorno al Sole.

Il merito di Newton non risiede solo nella sua brillante ipotesi sulla reciproca attrazione dei corpi, ma anche nel fatto che è riuscito a trovare la legge della loro interazione, cioè una formula per calcolare la forza gravitazionale tra due corpi.

La legge di gravitazione universale dice:

due corpi qualsiasi si attraggono con una forza direttamente proporzionale alla massa di ciascuno di essi e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa

dove F è l'entità del vettore di attrazione gravitazionale tra corpi di massa m 1 e m 2, g è la distanza tra i corpi (i loro centri); G è il coefficiente, che viene chiamato costante gravitazionale.

Se m 1 = m 2 = 1 kg e g = 1 m, allora, come si può vedere dalla formula, la costante gravitazionale G è numericamente uguale alla forza F. In altre parole, la costante gravitazionale è numericamente uguale alla forza F di attrazione di due corpi del peso di 1 kg ciascuno, posti a una distanza di 1 m l'uno dall'altro. Le misurazioni lo dimostrano

G = 6,67 10 -11 Nm 2 /kg 2.

La formula fornisce un risultato accurato nel calcolo della forza di gravità universale in tre casi: 1) se le dimensioni dei corpi sono trascurabili rispetto alla distanza tra loro (Fig. 32, a); 2) se entrambi i corpi sono omogenei e hanno forma sferica (Fig. 32, b); 3) se uno dei corpi interagenti è una palla, le cui dimensioni e massa sono significativamente maggiori di quelle del secondo corpo (di qualsiasi forma) situato sulla superficie di questa palla o vicino ad essa (Fig. 32, c).

Riso. 32. Condizioni che definiscono i limiti di applicabilità della legge di gravitazione universale

Il terzo dei casi considerati è la base per calcolare, utilizzando la formula data, la forza di attrazione verso la Terra di uno qualsiasi dei corpi che si trovano su di essa. In questo caso, il raggio della Terra dovrebbe essere considerato la distanza tra i corpi, poiché le dimensioni di tutti i corpi situati sulla sua superficie o nelle sue vicinanze sono trascurabili rispetto al raggio terrestre.

Secondo la terza legge di Newton, una mela pende da un ramo o cade da esso con accelerazione caduta libera, attira a sé la Terra con la stessa forza assoluta con cui la Terra l'attrae. Ma l'accelerazione della Terra, causata dalla forza della sua attrazione sulla mela, è prossima allo zero, poiché la massa della Terra è incommensurabilmente maggiore della massa della mela.

Domande

Quella che veniva chiamata gravità universale?
Qual è un altro nome per le forze di gravità universale?
Chi scoprì la legge di gravitazione universale e in quale secolo?
Formulare la legge di gravitazione universale. Scrivi una formula che esprime questa legge.
In quali casi si dovrebbe applicare la legge di gravitazione universale per calcolare le forze gravitazionali?
La Terra è attratta da una mela appesa a un ramo?

Esercizio 15

Fornisci esempi della manifestazione della gravità.
La stazione spaziale vola dalla Terra alla Luna. Come cambia in questo caso il modulo del vettore della sua forza di attrazione verso la Terra; alla luna? La stazione è attratta dalla Terra e dalla Luna con forze di magnitudine uguale o diversa quando si trova nel mezzo tra loro? Se le forze sono diverse, quale è maggiore e di quante volte? Giustifica tutte le risposte. (È noto che la massa della Terra è circa 81 volte la massa della Luna.)
È noto che la massa del Sole è 330.000 volte maggiore della massa della Terra. È vero che il Sole attrae la Terra 330.000 volte più forte di quanto la Terra attragga il Sole? Spiega la tua risposta.
La palla lanciata dal ragazzo si mosse verso l'alto per qualche tempo. Allo stesso tempo, la sua velocità è diminuita continuamente fino a diventare pari a zero. Poi la palla cominciò a cadere con velocità crescente. Spiegare: a) se sulla palla durante il suo movimento verso l'alto agiva la forza di gravità verso la Terra; giù; b) cosa ha causato la diminuzione della velocità della palla mentre si muoveva verso l'alto; aumentare la sua velocità quando si scende; c) perché, quando la palla si è spostata verso l'alto, la sua velocità è diminuita e quando si è spostata verso il basso è aumentata.
Una persona che sta sulla Terra è attratta dalla Luna? Se sì, da cosa è più attratto: dalla Luna o dalla Terra? La Luna è attratta da questa persona? Motiva le tue risposte.

La legge della gravitazione universale fu scoperta da Newton nel 1687 mentre studiava il movimento del satellite della Luna attorno alla Terra. Il fisico inglese formulò chiaramente un postulato che caratterizza le forze di attrazione. Inoltre, analizzando le leggi di Keplero, Newton calcolò che le forze gravitazionali devono esistere non solo sul nostro pianeta, ma anche nello spazio.

Sfondo

La legge di gravitazione universale non è nata spontaneamente. Sin dai tempi antichi, le persone hanno studiato il cielo, principalmente per compilare calendari agricoli e calcolare appuntamenti importanti, feste religiose. Le osservazioni hanno indicato che al centro del “mondo” c'è un Luminare (Sole), attorno al quale ruotano in orbite i corpi celesti. Successivamente, i dogmi della chiesa non hanno permesso di tenerne conto e le persone hanno perso la conoscenza accumulata in migliaia di anni.

Nel XVI secolo, prima dell'invenzione dei telescopi, apparve una galassia di astronomi che guardavano il cielo in modo scientifico, scartando i divieti della chiesa. T. Brahe, osservando lo spazio da molti anni, ha sistematizzato i movimenti dei pianeti con particolare cura. Questi dati estremamente accurati aiutarono I. Keplero a scoprire successivamente le sue tre leggi.

Quando Isaac Newton scoprì la legge di gravitazione (1667), il sistema eliocentrico del mondo di N. Copernico fu finalmente stabilito in astronomia. Secondo esso, ciascuno dei pianeti del sistema ruota attorno al Sole su orbite che, con un'approssimazione sufficiente per molti calcoli, possono essere considerate circolari. IN inizio XVII V. I. Keplero, analizzando le opere di T. Brahe, stabilì leggi cinematiche che caratterizzano i movimenti dei pianeti. La scoperta divenne la base per chiarire la dinamica del movimento planetario, cioè le forze che determinano esattamente questo tipo di movimento.

Descrizione dell'interazione

A differenza delle interazioni deboli e forti di breve periodo, la gravità e campi elettromagnetici hanno proprietà a lungo raggio: la loro influenza si manifesta su distanze gigantesche. I fenomeni meccanici nel macrocosmo sono influenzati da due forze: elettromagnetica e gravitazionale. L'influenza dei pianeti sui satelliti, il volo di un oggetto lanciato o lanciato, il galleggiamento di un corpo in un liquido: in ciascuno di questi fenomeni agiscono le forze gravitazionali. Questi oggetti sono attratti dal pianeta e gravitano verso di esso, da qui il nome “legge di gravitazione universale”.

È stato dimostrato che tra corpi fisici la forza dell'attrazione reciproca certamente opera. Fenomeni come la caduta di oggetti sulla Terra, la rotazione della Luna e dei pianeti attorno al Sole, che si verificano sotto l'influenza delle forze di gravità universale, sono chiamati gravitazionali.

Legge di gravitazione universale: formula

La gravità universale è formulata come segue: due oggetti materiali qualsiasi sono attratti l'uno dall'altro con una certa forza. L'entità di questa forza è direttamente proporzionale al prodotto delle masse di questi oggetti e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro:

Nella formula, m1 e m2 sono le masse degli oggetti materiali studiati; r è la distanza determinata tra i centri di massa degli oggetti calcolati; G è una quantità gravitazionale costante che esprime la forza con cui avviene l'attrazione reciproca di due oggetti del peso di 1 kg ciascuno, posti a una distanza di 1 m.

Da cosa dipende la forza di attrazione?

La legge di gravità funziona in modo diverso a seconda della regione. Poiché la forza di gravità dipende dai valori della latitudine in una determinata area, allo stesso modo dipende l'accelerazione della caduta libera significati diversi V luoghi differenti. Valore massimo la forza di gravità e, di conseguenza, l'accelerazione della caduta libera è ai poli della Terra: la forza di gravità in questi punti è uguale alla forza di attrazione. I valori minimi saranno all’equatore.

Il globo è leggermente appiattito, il suo raggio polare è circa 21,5 km inferiore al raggio equatoriale. Tuttavia, questa dipendenza è meno significativa rispetto alla rotazione giornaliera della Terra. I calcoli mostrano che a causa dell'oblazione della Terra all'equatore, l'entità dell'accelerazione dovuta alla gravità è leggermente inferiore dello 0,18% al suo valore al polo e dopo rotazione giornaliera- dello 0,34%.

Tuttavia, nello stesso luogo sulla Terra, l'angolo tra i vettori di direzione è piccolo, quindi la discrepanza tra la forza di attrazione e la forza di gravità è insignificante e può essere trascurata nei calcoli. Possiamo cioè supporre che i moduli di queste forze siano gli stessi: l’accelerazione di gravità vicino alla superficie terrestre è la stessa ovunque ed è di circa 9,8 m/s².

Conclusione

Isaac Newton era uno scienziato che fece una rivoluzione scientifica, ricostruì completamente i principi della dinamica e, sulla base di essi, creò un'immagine scientifica del mondo. La sua scoperta ha influenzato lo sviluppo della scienza e la creazione della cultura materiale e spirituale. Toccò al destino di Newton rivedere i risultati dell'idea del mondo. Nel XVII secolo gli scienziati hanno completato il grandioso lavoro di costruzione della fondazione nuova scienza- fisici.

Isaac Newton suggerì che esistono forze di reciproca attrazione tra tutti i corpi in natura. Queste forze sono chiamate dalle forze gravitazionali O forze di gravità universale. La forza di gravità innaturale si manifesta nello spazio, sistema solare e sulla Terra.

Legge di gravità

Newton generalizzò le leggi del moto corpi celestiali e ho scoperto che la forza $F$ è uguale a:

\[ F = SOL \dfrac(m_1 m_2)(R^2) \]

dove $m_1$ e $m_2$ sono le masse dei corpi interagenti, $R$ è la distanza tra loro, $G$ è il coefficiente di proporzionalità, che si chiama costante gravitazionale. Il valore numerico della costante gravitazionale fu determinato sperimentalmente da Cavendish misurando la forza di interazione tra sfere di piombo.

Il significato fisico della costante gravitazionale deriva dalla legge di gravitazione universale. Se $m_1 = m_2 = 1 \testo(kg)$, $R = 1 \text(m) $ , allora $G = F $ , cioè la costante gravitazionale è uguale alla forza con cui due corpi di 1 kg ciascuno vengono attratti alla distanza di 1 m.

Valore numerico:

$G = 6,67 \cdot() 10^(-11) N \cdot() m^2/ kg^2 $ .

Le forze di gravità universale agiscono tra qualsiasi corpo in natura, ma diventano evidenti con grandi masse (o almeno se la massa di uno dei corpi è grande). La legge di gravitazione universale è soddisfatta solo per i punti materiali e le sfere (in questo caso, come distanza viene presa la distanza tra i centri delle sfere).

Gravità

Un particolare tipo di forza gravitazionale universale è la forza di attrazione dei corpi verso la Terra (o verso un altro pianeta). Questa forza si chiama gravità. Sotto l'influenza di questa forza, tutti i corpi acquisiscono l'accelerazione di caduta libera.

Secondo la seconda legge di Newton $g = F_T /m$ quindi $F_T = mg $ .

Se M è la massa della Terra, R è il suo raggio, m è la massa dato corpo, allora la forza di gravità è

$F = SOL \dfrac(M)(R^2)m = mg $ .

La forza di gravità è sempre diretta verso il centro della Terra. A seconda dell'altezza $h$ sopra la superficie terrestre e della latitudine geografica in cui si trova il corpo, l'accelerazione di gravità assume valori diversi. Sulla superficie terrestre e alle medie latitudini l'accelerazione di gravità è di 9,831 m/s 2 .

Peso corporeo

Il concetto di peso corporeo è ampiamente utilizzato nella tecnologia e nella vita di tutti i giorni.

Peso corporeo indicato con $P$ . L'unità di peso è newton (N). Poiché il peso è uguale alla forza con cui il corpo agisce sul supporto, secondo la terza legge di Newton, il peso maggiore del corpo è uguale alla forza di reazione del supporto. Pertanto, per trovare il peso del corpo, è necessario determinare a quanto equivale la forza di reazione del supporto.

In questo caso, si presuppone che il corpo sia immobile rispetto al supporto o alla sospensione.

Il peso di un corpo e la forza di gravità differiscono per natura: il peso di un corpo è una manifestazione dell'azione delle forze intermolecolari e la forza di gravità è di natura gravitazionale.

Si chiama lo stato di un corpo in cui il suo peso è zero assenza di gravità. Lo stato di assenza di gravità si osserva in un aereo o in un veicolo spaziale quando si muove con accelerazione di caduta libera, indipendentemente dalla direzione e dal valore della velocità del loro movimento. Al di fuori dell'atmosfera terrestre quando i motori dei jet sono spenti navicella spaziale Agisce solo la forza di gravità universale. Sotto l'influenza di questa forza, l'astronave e tutti i corpi in essa contenuti si muovono con la stessa accelerazione, quindi nella nave si osserva uno stato di assenza di gravità.

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