Orice corp situat în apropierea Pământului este afectat de forța gravitațională F, sub influența căreia, conform celei de-a doua legi a lui Newton, corpul va începe să se miște cu accelerație cădere liberă g. Astfel, în cadrul de referință asociat Pământului, orice corp cu masa m este afectat de o forță

P= m g,

numit gravitatie.

Conform legii fizice fundamentale - legea generalizată a lui Galileo, toate corpurile din același câmp gravitațional cad cu aceeași accelerație. În consecință, într-un loc dat de pe Pământ, accelerația căderii libere este aceeași pentru toate corpurile. Acesta variază în apropierea suprafeței Pământului cu latitudinea cuprinsă între

9,780 m/s 2 la ecuator până la 9,832 m/s 2 la poli. Acest lucru se datorează rotației zilnice a Pământului în jurul axei sale, pe de o parte, și aplatizării Pământului, pe de altă parte (razele ecuatoriale și polare ale Pământului sunt de 6378, respectiv 6357 km). Din moment ce diferenţa de valori g este mică, accelerația de cădere liberă, care este utilizată în rezolvarea problemelor practice, se presupune a fi de 9,81 m/s 2 .

Dacă neglijăm rotația zilnică a Pământului în jurul axei sale, atunci forța gravitației și forța de atracție gravitațională sunt egale una cu cealaltă:

P = mg=F=GmM/R 2 ,

Unde M - masa pământului; R- distanța dintre corp și centrul pământului. Această formulă este dată pentru cazul în care corpul se afla pe suprafața Pământului.

Să fie situat corpul la o înălțime h față de suprafața Pământului, r 0 - raza pământului, atunci

P=GmM/(R 0 +h) 2 ,

adică gravitația scade odată cu distanța de la suprafața Pământului.

În fizică este folosit și conceptul de greutate corporală. Cântărire corpurile numesc forța cu care corpul, datorită gravitației către Pământ, acționează asupra unui suport (sau suspensie) care ține corpul de căderea liberă. Greutatea unui corp apare numai dacă corpul se mișcă cu o accelerație diferită de g, adică atunci când alte forțe acționează asupra corpului în afară de gravitație. Starea unui corp în care se mișcă numai sub influența gravitației se numește stare imponderabilitate.

În acest fel, gravitația funcționează întotdeauna A greutatea apare numai in acest caz, când pe corp pe lângă forța gravitațională, există și alte forțeîn urma căreia corpul se mişcă cu o acceleraţie diferită de g. Dacă un corp se mișcă în câmpul gravitațional al Pământului cu o accelerație a g, apoi se aplică o forță suplimentară acestui corp N, îndeplinind condiția

N + P= m A.

Apoi greutatea corporală

R"=-N=P-m A=m g-m A= m( g-A),

adică dacă corpul este în repaus sau se mișcă în linie dreaptă și uniform, atunci A=0 și P"= m g. Dacă corpul se mișcă liber într-un câmp gravitațional de-a lungul oricărei căi și în orice direcție, atunci A=gși R"= 0, adică corpul va fi lipsit de greutate. De exemplu, corpurile care se află în nave spațiale care se mișcă liber în spațiu sunt lipsite de greutate.

§ 24. Câmpul gravitaţional şi intensitatea lui

Legea gravitației lui Newton determină dependența forței gravitaționale de masele corpurilor care interacționează și distanța dintre ele, dar nu arată cum se realizează această interacțiune. Gravitația aparține unui grup special de interacțiuni. Forțele gravitaționale, de exemplu, nu depind de mediul în care se află corpurile care interacționează. Gravitația există și în vid.

Interacțiunea gravitațională între corpuri se realizează cu ajutorul câmpuri gravitaționale, sau câmp gravitațional. Acest câmp este generat de corpuri și este o formă de existență a materiei. Principala proprietate a câmpului gravitațional este că orice corp de masă m introdus în acest câmp este supus forței gravitaționale, adică.

F= m g. (24.1)

Vector g nu depinde de mși se numește puterea câmpului gravitațional. Intensitatea câmpului gravitațional este determinată de forța care acționează din câmp asupra punctului material al unei unități de masă și coincide în direcție cu forța care acționează. Există tensiune caracteristica de putere câmpuri gravitaționale.

Câmpul gravitațional se numește omogen dacă intensitatea sa este aceeași în toate punctele și central, dacă în toate punctele câmpului vectorii de intensitate sunt direcționați de-a lungul unor drepte care se intersectează într-un punct (A) nemișcatîn raport cu orice cadru inerțial de referință (Fig. 38).

Pentru o reprezentare grafică a câmpului de forță se folosesc linii de forță (linii de tensiune). Liniile de câmp sunt alese astfel încât vectorul intensității câmpului să acționeze tangențial la linia câmpului.

Isaac Newton a sugerat că între orice corp din natură există forțe de atracție reciprocă. Aceste forțe sunt numite forțele gravitaționale sau forte gravitatie . Forța gravitației necruțătoare se manifestă în spațiu, sistem solarși pe Pământ. Newton a generalizat legile mișcării corpurilor cerești și a descoperit că forța este egală cu:

,

Unde și sunt masele corpurilor care interacționează, este distanța dintre ele, este coeficientul de proporționalitate, care se numește constantă gravitațională. Valoarea numerică a constantei gravitaționale a fost determinată experimental de Cavendish, prin măsurarea forței de interacțiune între bile de plumb. Drept urmare, legea gravitației universale sună astfel: între orice puncte materiale există o forță de atracție reciprocă, direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele, care acționează de-a lungul liniei de legătură. aceste puncte.

Sensul fizic al constantei gravitaționale rezultă din legea gravitației universale. Dacă , , atunci , adică constanta gravitațională este egală cu forța cu care sunt atrase două corpuri de câte 1 kg fiecare la o distanță de 1 m. Valoare numerică: . Forțele gravitației universale acționează între orice corp din natură, dar ele devin tangibile la mase mari (sau dacă cel puțin masa unuia dintre corpuri este mare). Legea gravitației universale este îndeplinită numai pentru punctele materiale și bile (în acest caz, distanța dintre centrele bilelor este luată ca distanță).

Un tip special de forță gravitațională universală este forța de atracție a corpurilor către Pământ (sau către o altă planetă). Această forță se numește gravitatie. Sub acțiunea acestei forțe, toate corpurile capătă accelerație de cădere liberă. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, prin urmare, . Forța gravitației este întotdeauna îndreptată spre centrul Pământului. În funcţie de înălţimea deasupra suprafeţei Pământului şi latitudine geografică poziția corpului, accelerația căderii libere capătă valori diferite. Pe suprafața Pământului și la latitudini medii, accelerația de cădere liberă este egală cu .

În tehnologie și viața de zi cu zi, conceptul de greutate corporală este utilizat pe scară largă. Greutatea corporală este forța cu care corpul apasă pe un suport sau suspensie ca urmare a atracție gravitațională către planetă (Fig. 5). Greutate corporala este indicat. Unitatea de greutate este newton (N). Din moment ce greutatea egal cu puterea, cu care corpul acționează asupra suportului, apoi, în conformitate cu cea de-a treia lege a lui Newton, greutatea corpului este egală ca mărime cu forța de reacție a suportului. Prin urmare, pentru a afla greutatea corpului, este necesar să se determine cu ce este egală forța de reacție a suportului.

Să luăm în considerare cazul când corpul împreună cu suportul nu se mișcă. În acest caz, forța de reacție a suportului și, în consecință, a corpului său este egală cu forța gravitației (Fig. 6):

În cazul unui corp care se deplasează vertical în sus, împreună cu un suport, cu accelerație, conform legii a doua a lui Newton, putem scrie (Fig. 7, a).

Proiectat pe axa : , de aici .

Prin urmare, atunci când se deplasează vertical în sus cu accelerație, greutatea corpului crește și se găsește prin formulă .

Se numește creșterea greutății corporale cauzată de mișcarea accelerată a suportului sau suspensiei suprasarcina. Efectul supraîncărcării este experimentat de astronauți ca în timpul decolării rachetă spațială, iar când nava decelerează la intrarea în straturile dense ale atmosferei. De asemenea, piloții se confruntă cu suprasarcini atunci când efectuează acrobații și șoferii de mașini în timpul frânărilor puternice.

Dacă corpul se mișcă în jos vertical, atunci folosind un raționament similar, obținem ; m g - N = m a ; ; , adică greutatea la deplasarea verticală cu accelerație va fi mai mică decât forța gravitațională (Fig. 7, b).

Dacă corpul cade liber, atunci în acest caz.

Se numește starea unui corp în care greutatea sa este zero imponderabilitate. Starea de imponderabilitate se observă într-un avion sau o navă spațială atunci când se deplasează cu accelerația căderii libere, indiferent de direcția și valoarea vitezei de mișcare a acestora. Ieși din atmosfera pământului când este oprit motoare cu reactie pe nava spatiala actioneaza doar forta gravitationala. Sub acțiunea acestei forțe, nava spațială și toate corpurile din ea se mișcă cu aceeași accelerație, astfel încât starea de imponderabilitate este observată în navă.