Při studiu školního kurzu fyziky je důležitým tématem v sekci mechaniky zákon univerzální gravitace. V tomto článku se blíže podíváme na to, co to je a jakým matematickým vzorcem je to popsáno, a také uvedeme příklady gravitační síly v každodenním lidském životě a v kosmickém měřítku.
Kdo objevil zákon gravitace
Než uvedeme příklady gravitační síly, pojďme si stručně popsat, kdo má zásluhu na jejím objevení.
Od pradávna lidé pozorovali hvězdy a planety a věděli, že se pohybují po určitých trajektoriích. Kromě toho každý, kdo neměl speciální znalosti, pochopil, že bez ohledu na to, jak daleko a vysoko hodil kámen nebo jiný předmět, vždy spadl na zem. Ale nikdo z lidí ani netušil, že procesy na Zemi a nebeských tělesech jsou řízeny stejným přírodním zákonem.
V roce 1687 Sir Isaac Newton publikoval vědeckou práci, ve které poprvé nastínil matematickéformulace zákona univerzální gravitace. K této formulaci, kterou osobně poznal, Newton samozřejmě nedospěl nezávisle. Využil některé myšlenky svých současníků (například existenci nepřímé úměrnosti ke čtverci vzdálenosti přitažlivé síly mezi tělesy), stejně jako nashromážděné experimentální zkušenosti o trajektoriích planet (Keplerovy tři zákony). Newtonova genialita se projevila v tom, že po analýze všech dostupných zkušeností je vědec dokázal zformulovat do podoby koherentní a prakticky použitelné teorie.
Vzorec gravitace
Zákon univerzální gravitace lze stručně formulovat takto: mezi všemi tělesy ve vesmíru působí přitažlivá síla, která je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi jejich těžišti a přímo úměrná součinu hmotnosti samotných těl. Pro dvě tělesa o hmotnosti m1 a m2, která jsou od sebe ve vzdálenosti r, bude studovaný zákon psán jako:
F=Gm1m2/r2.
Zde G je gravitační konstanta.
Sílu přitažlivosti lze vypočítat pomocí tohoto vzorce ve všech případech, pokud jsou vzdálenosti mezi tělesy dostatečně velké v porovnání s jejich velikostmi. Jinak a také v podmínkách silné gravitace v blízkosti masivních vesmírných objektů (neutronové hvězdy, černé díry) je třeba použít teorii relativity vyvinutou Einsteinem. Ten považuje gravitaci za výsledek zkreslení časoprostoru. V klasickém Newtonově zákoněgravitace je výsledkem interakce těles s nějakým energetickým polem, jako jsou elektrická nebo magnetická pole.
Projev gravitace: Příklady z každodenního života
Za prvé, jako takové příklady můžeme pojmenovat jakákoli padající tělesa z určité výšky. Například list nebo slavné jablko ze stromu, padající kámen, dešťové kapky, horské sesuvy a sesuvy půdy. Ve všech těchto případech mají tělesa sklon ke středu naší planety.
Zadruhé, když učitel požádá studenty, aby „uvedli příklady gravitace“, měli by také pamatovat na to, že všechna těla mají váhu. Když je telefon na stole nebo když je člověk vážen na váze, v těchto případech tělo tlačí na podpěru. Tělesná hmotnost je názorným příkladem projevu gravitační síly, která spolu s reakcí podpěry tvoří dvojici sil, které se vzájemně vyrovnávají.
Pokud je pro pozemské podmínky použit vzorec z předchozího odstavce (dosaďte do něj hmotnost planety a její poloměr), lze získat následující výraz:
F=mg
Používá se při řešení problémů s gravitací. Zde g je zrychlení udělené všem tělesům bez ohledu na jejich hmotnost při volném pádu. Pokud by neexistoval odpor vzduchu, pak by těžký kámen a lehké pírko dopadly ve stejnou dobu ze stejné výšky.
Gravitace ve vesmíru
Každý ví, že Země spolu s dalšími planetami obíhá kolem Slunce. Na druhé straně, Slunce, být injedno z ramen spirální galaxie Mléčná dráha rotuje spolu se stovkami milionů hvězd kolem jejího středu. Samotné galaxie se k sobě také přibližují v tzv. lokálních kupách. Pokud se vrátíme na stupnici zpět, pak bychom si měli vzpomenout na satelity, které obíhají kolem jejich planet, asteroidy, které na tyto planety dopadají nebo prolétají. Všechny tyto případy lze zapamatovat, pokud učitel požádá studenty: „Uveďte příklady gravitační síly.“
Všimněte si, že v posledních desetiletích byla otázka hlavní síly v kosmickém měřítku zpochybněna. V místním prostoru je to bezesporu gravitační síla. S ohledem na problematiku na úrovni galaxie však vstupuje do hry další, dosud neznámá síla, spojená s temnou hmotou. To druhé se projevuje jako antigravitace.
