Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения

Всякое тело изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем гравитационное поле. Это поле проявляет себя в том, что помещенное в него другое тело оказывается под действием силы, действующей на него со стороны другого тела. Таким образом, все тела в природе взаимодействуют между собой.

Закон взаимодействия тел в природе установлен Ньютоном для тел, принимаемых за материальные точки. Согласно этому закону, сила, с которой две материальные точки притягиваются друг к другу, прямо пропорциональна массам этих точек и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: ( - коэффициент пропорциональности, называемый гравитационной постоянной).

На любое тело вблизи поверхности Земли действует сила тяготения , под влиянием которой, согласно 2-му закону Ньютона, тело начинает двигаться с ускорением, получившим название ускорения свободного падения . Действительно, , , , . Таким образом, на всякое тело массой , связанное с Землей, действует сила, называемая силой тяжести, определяемая как .

Сила тяготения и сила тяжести по направлению совпадают только на полюсах и на экваторе, в других же точках на поверхности Земли между ними есть угол, зависящий от широты местности (смотри рис. 9). Это связано с тем, что все тела на Земле вместе с ней совершают вращательное движение по окружности, но каждое тело имеет свой радиус вращения . Центростремительная сила (центростремительная сила – это равнодействующая всех сил, удерживающих тело на круговой траектории)в природе, как таковая, не существует.

Сила, удерживающая тело на круговой орбите на поверхности Земли, определяется как , где – масса тела, - угловая скорость вращения Земли, - радиус Земли, - широта местности. Эта сила является проекцией силы тяготения на направление радиуса вращения . Вторая составляющая силы тяготения, направленная теперь уже не к центру Земли, а по линии, по которой устанавливается отвес, как раз и является силой тяжести . ( - реакция опоры. По определению, численно равно , т.е. ).