Силы в природе. Закон всемирного тяготения

 

Объяснить характер движения любого тела можно с помощью законов Ньютона. Обратная задача механики заключается в том, что зная, как движется тело, надо определить неизвестные силы, действующие на него. Именно путем решения обратной задачи механики установлено много фундаментальных законов природы, открытые силы, действующие в природе.

Ярким примером решения обратной задачи механики является открытие закона всемирного тяготения.

В XVI веке астроном Тихо Браге смог с большой точностью определить координаты планет в различные моменты времени; обрабатывая результаты этих наблюдений, немецкий астроном Кеплер установил формы орбит - траекторий, по которым движутся планеты, и некоторые особенности движения планет по этим орбитам. Но четкое научное объяснение движения планет дал лишь Ньютон. Кроме того, ученый предположил, что природа сил, которые удерживают планеты на их орбитах, такая же, как и природа силы тяжести, действующей на все тела у поверхности Земли. Для проверки этого предположения Ньютон применил полученный закон для расчета ускорения движения Луны вокруг Земли. Обобщив этот вывод на все тела в природе, ученый получил закон всемирного тяготения. Ньютону было всего 24 года, когда он сформулировал этот закон.

Закон всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силами, прямо пропорциональными их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Коэффициентом пропорциональности в этом законе есть гравитационная постоянная, равная 6,67 · 10-11 ньютон, умноженный на метр квадратный и разделен на килограмм квадратный. Это число соответствует силе притяжения между двумя телами массой 1 килограмм каждый, когда расстояние между ними равно 1 метр.

Закон всемирного тяготения объясняет устойчивость Солнечной системы, приливы и отливы на Земле, дает возможность вычислить массу, плотность планет и Солнца, определить время и место солнечных и лунных затмений, на его основе открыто планеты Уран и Нептун.

Галилей обнаружил, что вблизи Земли все тела имеют одинаковое ускорение, которое предоставляет им сила, которая притягивает их к земле. Эту силу называют силой тяжести. Сила тяжести, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение свободного падения. Ускорение свободного падения не является константой. Оно зависит от:

  1. высоты тела над поверхностью Земли (чем выше тело находится над землей, тем ускорение свободного падения будет меньше);
  2. географической широты местности (на полюсах ускорение свободного падения будет наибольшим, на экваторе - наименьшим);
  3. твердости пород, залегающих в земле.

Лекция добавлена 28.02.2014 в 13:04:43