Закон всесвітнього тяжіння. Сили в природі
Пояснити характер руху будь-якого тіла можна за допомогою законів Ньютона. Обернена задача механіки полягає в тому, що знаючи, як рухається тіло, треба визначити невідомі сили, що діють на нього. Саме шляхом розв’язання оберненої задачі механіки встановлено багато фундаментальних законів природи, відкриті сили, що діють у природі.
Яскравішим прикладом розв’язання оберненої задачі механіки є відкриття закону всесвітнього тяжіння.
У ХVІ столітті астроном Тихо Браге зміг із великою точністю визначити координати планет у різні моменти часу; обробляючи результати цих спостережень, німецький астроном Кеплер встановив форми орбіт — траєкторій, по яким рухаються планети, і деякі особливості руху планет по цих орбітах. Але чітке наукове пояснення руху планет дав лише Ньютон. Крім того, вчений припустив, що природа сил, які утримують планети на їх орбітах, така ж сама, як і природа сили тяжіння, що діє на всі тіла біля поверхні Землі. Для перевірки цього припущення Ньютон застосував отриманий закон для розрахунку прискорення руху Місяця навколо Землі. Узагальнивши цей висновок на всі тіла у природі, вчений отримав закон всесвітнього тяжіння. Ньютону було всього 24 роки, коли він сформулював цей закон.
Закон всесвітнього тяжіння: всі тіла притягуються одне до одного з силами, прямо пропорційними їх масам і обернено пропорційними квадрату відстані між ними.
Коефіцієнтом пропорційності в цьому законі є гравітаційна стала, яка дорівнює 6,67 · 10-11 ньютон, помножений на метр квадратний і поділений на кілограм квадратний. Це число відповідає силі притягання між двома тілами масою 1 кілограм кожне, коли відстань між ними дорівнює 1 метр.
Закон всесвітнього тяжіння пояснює стійкість Сонячної системи, припливи і відливи на Землі, дає можливість обчислити масу, густину планет і Сонця, визначити час і місце сонячних і місячних затемнень, на його основі відкрито планети Уран і Нептун.
Галілей виявив, що поблизу Землі всі тіла мають однакове прискорення, яке надає їм сила, що притягує їх до землі. Цю силу називають силою тяжіння. Сила тяжіння, яка діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення вільного падіння. Прискорення вільного падіння не є константою. Воно залежить від:
-
висоти тіла над поверхнею Землі (чим вище тіло знаходиться над землею, тим прискорення вільного падіння буде меншим);
-
географічної широти місцевості (на полюсах прискорення вільного падіння буде найбільшим, на екваторі — найменшим);
-
твердості порід, які залягають у землі.