Gravitācijas spēki ir viens no četriem galvenajiem spēku veidiem, kas izpaužas visā to dažādībā starp dažādiem ķermeņiem gan uz Zemes, gan ārpus tās. Papildus tiem izšķir arī elektromagnētiskos, vājos un kodolos (stipros). Droši vien cilvēce vispirms saprata viņu eksistenci. Zemes pievilkšanās spēks ir zināms kopš seniem laikiem. Tomēr pagāja veseli gadsimti, pirms cilvēks uzminēja, ka šāda veida mijiedarbība notiek ne tikai starp Zemi un jebkuru ķermeni, bet arī starp dažādiem objektiem. Pirmais, kurš saprata, kā darbojas gravitācijas spēki, bija angļu fiziķis I. Ņūtons. Viņš bija tas, kurš secināja tagad labi zināmo universālās gravitācijas likumu.
Gravitācijas spēka formula
Ņūtons nolēma analizēt likumus, saskaņā ar kuriem planētas pārvietojas sistēmā. Rezultātā viņš nonāca pie secinājuma, ka debesu rotācijaķermeņi ap Sauli ir iespējami tikai tad, ja starp to un pašām planētām darbojas gravitācijas spēki. Saprotot, ka debess ķermeņi no citiem objektiem atšķiras tikai pēc izmēra un masas, zinātnieks secināja šādu formulu:
F=f x (m1 x m2) / r2, kur:
- m1, m2 ir divu ķermeņu masas;
- r – attālums starp tiem taisnā līnijā;
- f ir gravitācijas konstante, kuras vērtība ir 6,668 x 10-8 cm3/g x sek 2.
Tādējādi var apgalvot, ka jebkuri divi objekti tiek piesaistīti viens otram. Gravitācijas spēka darbs tā lielumā ir tieši proporcionāls šo ķermeņu masām un apgriezti proporcionāls attālumam starp tiem, kvadrātā.
Formulas lietošanas iezīmes
No pirmā acu uzmetiena šķiet, ka pievilkšanās likuma matemātiskā apraksta izmantošana ir pavisam vienkārša. Tomēr, ja tā padomā, šī formula ir jēga tikai divām masām, kuru izmēri ir niecīgi, salīdzinot ar attālumu starp tām. Un tik daudz, ka tos var ņemt par diviem punktiem. Bet ko darīt, ja attālums ir salīdzināms ar ķermeņu izmēru un tiem pašiem ir neregulāra forma? Sadalīt tos daļās, noteikt gravitācijas spēkus starp tiem un aprēķināt rezultējošo? Ja jā, cik punkti jāņem aprēķinam? Kā redzat, tas nav tik vienkārši.
Un, ja ņemam vērā (no matemātikas viedokļa), ka punktsnav izmēru, tad šī situācija šķiet pilnīgi bezcerīga. Par laimi, zinātnieki ir izdomājuši veidu, kā šajā gadījumā veikt aprēķinus. Viņi izmanto integrālskaitļa un diferenciālrēķina aparātu. Metodes būtība ir tāda, ka objekts ir sadalīts bezgalīgi daudzos mazos kubos, kuru masas ir koncentrētas to centros. Pēc tam tiek sastādīta formula rezultējošā spēka atrašanai un tiek piemērota robežpāreja, ar kuras palīdzību katra elementa tilpums tiek samazināts līdz punktam (nullei), un šādu elementu skaits tiecas līdz bezgalībai. Pateicoties šai tehnikai, tika izdarīti daži svarīgi secinājumi.
- Ja ķermenis ir bumbiņa (sfēra), kuras blīvums ir vienmērīgs, tad tas piesaista jebkuru citu objektu pie sevis tā, it kā visa tā masa būtu koncentrēta tā centrā. Tāpēc ar zināmu kļūdu šo secinājumu var attiecināt arī uz planētām.
- Kad objekta blīvumu raksturo centrālā sfēriskā simetrija, tas mijiedarbojas ar citiem objektiem tā, it kā visa tā masa būtu simetrijas punktā. Tādējādi, ja mēs ņemam dobu bumbu (piemēram, futbola bumbu) vai vairākas bumbiņas, kas ir ligzdotas viena otrā (piemēram, matrjoškas), tad tās piesaistīs citus ķermeņus tāpat kā to darītu materiālais punkts ar kopējo masu. un atrodas centrā.
