Gravitační síly: koncept a vlastnosti aplikace vzorce pro jejich výpočet

Gravitační síly jsou jedním ze čtyř hlavních typů sil, které se projevují ve své různorodosti mezi různými těly jak na Zemi, tak i mimo ni. Kromě toho stále odlišují elektromagnetické, slabé a jaderné (silné). Pravděpodobně to byla jejich existence, kterou si lidstvo poprvé uvědomilo. O síla přitažlivosti Ze strany Země to bylo známo z nejstarších dob. Nicméně, staletí prošly předtím, než se člověk domníval, že tento druh interakce nastává nejen mezi Zemí a jakýmkoli tělem, ale také mezi různými objekty. Ti první pochopili, jak fungují gravitační síly, byl anglický fyzik I. Newton. Byl to ten, kdo sem všechny přivedl zákon univerzální gravitace.

Vzorec gravitační síly

Newton se rozhodl analyzovat zákony, kterými se planety pohybují v systému. V důsledku toho došel k závěru, že rotace nebeských těles kolem Slunce je možné pouze tehdy, pokud mezi ním a planety působením gravitační síly. Uvědomil si, že nebeská tělesa z jiných objektů se liší pouze v jejich velikosti a hmotnosti, vědci odvodit podle následujícího vzorce:

F = f x (m₁ x m₂) / r², kde:

• m₁, m₂ Jsou hmoty dvou těl;
• r je vzdálenost mezi nimi v přímce;
• f je gravitační konstanta, jejíž hodnota je rovna 6,66 x 10^-8. cm³/ g х х сек².

Tak lze argumentovat, že jsou navzájem přitahovány jakékoliv dva objekty. Práce gravitační síly v její velikosti je přímo úměrná těm těmto tělům a nepřímo úměrná vzdálenosti mezi nimi, čtvercová.

Vlastnosti použití vzorce

Na první pohled se zdá, že je poměrně snadné používat matematický popis zákona přitažlivosti. Nicméně, pokud o tom přemýšlíte, má tento vzorec smysl jen pro dvě hmoty, jejichž rozměry jsou zanedbatelně malé ve srovnání s vzdáleností mezi nimi. A tolik, že mohou být považovány za dva body. A jak to pak být, když je vzdálenost srovnatelná s velikostí těl, a oni sami mají nepravidelný tvar? Rozdělit je na části, určit gravitační síly mezi nimi a vypočítat výsledný? Pokud ano, kolik bodů bych měl vzít k výpočtu? Jak vidíte, ne všechno je tak jednoduché. A pokud vezmeme v úvahu (z pohledu matematiky), že neexistuje žádný rozměr, pak se tato situace vůbec zdá být beznadějná. Naštěstí vědci v tomto případě přišli s cestou k výpočtu. Používají zařízení integrální a diferenciální počet. Podstatou metody je to, že objekt je rozdělen na nekonečný počet malých kostek, jejichž hmoty jsou soustředěny v jejich střediscích. Potom se připraví vzorec pro nalezení výslednou sílu a použije limitující proces, při kterém se množství každé složky snížena do bodu (nula) a množství těchto prvků tendenci růst do nekonečna. Díky této metodě byly získány některé důležité závěry.

1. Je-li tělo kuličkou (sférou), jejíž hustota je jednotná, pak přitahuje k sobě jakýkoli jiný objekt, jako by se jeho celá hmota soustředila ve svém středu. Proto s jistou chybou může být tento závěr uplatněn i na planety.
2. Když je hustota objektu charakterizována centrální sférickou symetrií, interaguje s jinými objekty, jako kdyby byla v bodě symetrie umístěna celá hmotnost objektu. Pokud tedy vezmeme dutou kouli (například, fotbalový míč) nebo několik vnořených koulí (jako jsou panenky matryoshka), pak přitahují další těla jako materiál s jejich celkovou hmotností a soustředěnou.