Çdo trup që ndodhet afër Tokës ndikohet nga forca gravitacionale F, nën ndikimin e të cilit, sipas ligjit të dytë të Njutonit, trupi do të fillojë të lëvizë me nxitim renie e lire g. Kështu, në kornizën e referencës të lidhur me Tokën, çdo trup me masë m ndikohet nga një forcë

P= m g,

thirrur gravitetit.

Sipas ligjit themelor fizik - ligji i përgjithësuar i Galileos, të gjithë trupat në të njëjtën fushë gravitacionale bien me të njëjtin nxitim. Rrjedhimisht, në një vend të caktuar në Tokë, përshpejtimi i rënies së lirë është i njëjtë për të gjithë trupat. Ai ndryshon pranë sipërfaqes së Tokës me gjerësi gjeografike që varion nga

9.780 m/s 2 në ekuator deri në 9.832 m/s 2 në pole. Kjo është për shkak të rrotullimit ditor të Tokës rreth boshtit të saj, nga njëra anë, dhe shtrirjes së Tokës, nga ana tjetër (rrezet ekuatoriale dhe polare të Tokës janë përkatësisht 6378 dhe 6357 km). Që nga diferenca në vlera gështë i vogël, nxitimi i rënies së lirë, i cili përdoret në zgjidhjen e problemeve praktike, supozohet të jetë 9,81 m/s 2 .

Nëse neglizhojmë rrotullimin ditor të Tokës rreth boshtit të saj, atëherë forca e gravitetit dhe forca e tërheqjes gravitacionale janë të barabarta me njëra-tjetrën:

P = mg=F=GmM/R 2 ,

ku M - masa e tokës; R- distanca midis trupit dhe qendrës së tokës. Kjo formulë jepet për rastin kur trupi ishte në sipërfaqen e Tokës.

Le të jetë trupi i vendosur në një lartësi h nga sipërfaqja e Tokës, r 0 - rrezja e tokës, pra

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

d.m.th., graviteti zvogëlohet me distancën nga sipërfaqja e Tokës.

Në fizikë përdoret edhe koncepti i peshës trupore. Duke peshuar trupat e quajnë forcën me të cilën trupi, për shkak të gravitacionit drejt Tokës, vepron në një mbështetje (ose pezullim) që e mban trupin nga rënia e lirë. Pesha e një trupi shfaqet vetëm nëse trupi lëviz me një përshpejtim të ndryshëm nga g, dmth kur në trup veprojnë forca të tjera përveç gravitetit. Gjendja e një trupi në të cilën ai lëviz vetëm nën ndikimin e gravitetit quhet gjendje pa peshë.

Në këtë mënyrë, graviteti funksionon gjithmonë a pesha shfaqet vetëm në atë rast, kur në trup përveç forcës së gravitetit, ka edhe forca të tjera si rezultat i së cilës trupi lëviz me një nxitim të ndryshëm nga g. Nëse një trup lëviz në fushën gravitacionale të Tokës me një nxitim a g, atëherë në këtë trup zbatohet një forcë shtesë N, duke plotesuar kushtin

N + P= m a.

Pastaj peshën e trupit

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

dmth nëse trupi është në qetësi ose lëviz në vijë të drejtë dhe të njëtrajtshme, atëherë a=0 dhe P"= m g. Nëse trupi lëviz lirshëm në një fushë gravitacionale në çdo rrugë dhe në çdo drejtim, atëherë a=g dhe R"= 0, pra trupi do të jetë pa peshë. Për shembull, trupat që janë në anije kozmike që lëvizin lirshëm në hapësirë ​​janë pa peshë.

§ 24. Fusha gravitacionale dhe intensiteti i saj

Ligji i gravitetit të Njutonit përcakton varësinë e forcës gravitacionale nga masat e trupave ndërveprues dhe distancën midis tyre, por nuk tregon se si kryhet ky bashkëveprim. Graviteti i përket një grupi të veçantë ndërveprimesh. Forcat gravitacionale, për shembull, nuk varen nga mjedisi në të cilin ndodhen trupat ndërveprues. Graviteti ekziston gjithashtu në një vakum.

Ndërveprimi gravitacional ndërmjet trupave kryhet me ndihmën e fushat e gravitetit, ose fushë gravitacionale. Kjo fushë krijohet nga trupat dhe është një formë e ekzistencës së materies. Vetia kryesore e fushës gravitacionale është se çdo trup me masë m i futur në këtë fushë i nënshtrohet forcës gravitacionale, d.m.th.

F= m g. (24.1)

Vektor g nuk varet nga m dhe quhet forca e fushës gravitacionale. Forca e fushës gravitacionale përcaktohet nga forca që vepron nga fusha në pikën materiale të një njësie masë dhe përkon në drejtim me forcën vepruese. Ka tension karakteristikë e fuqisë fushat e gravitetit.

Fusha gravitacionale quhet homogjene nëse intensiteti i tij është i njëjtë në të gjitha pikat, dhe qendrore, nëse në të gjitha pikat e fushës vektorët e intensitetit janë të drejtuar përgjatë vijave të drejta që kryqëzohen në një pikë (A) i palëvizshëm në lidhje me çdo kornizë inerciale të referencës (Fig. 38).

Për një paraqitje grafike të fushës së forcës përdoren linjat e forcës (linjat e tensionit). Linjat e fushës janë zgjedhur në mënyrë që vektori i forcës së fushës të veprojë në mënyrë tangjenciale me vijën e fushës.

Isaac Newton sugjeroi se midis çdo trupi në natyrë ka forca të tërheqjes së ndërsjellë. Këto forca quhen forcat e gravitetit ose forcat gravitetit . Forca e gravitetit të paepur manifestohet në hapësirë, sistem diellor dhe në Tokë. Njutoni përgjithësoi ligjet e lëvizjes së trupave qiellorë dhe zbuloi se forca është e barabartë me:

,

Ku dhe janë masat e trupave që ndërveprojnë, a është distanca ndërmjet tyre, është koeficienti i proporcionalitetit, i cili quhet konstante gravitacionale. Vlera numerike e konstantës gravitacionale u përcaktua eksperimentalisht nga Cavendish, duke matur forcën e ndërveprimit midis topave të plumbit. Si rezultat, ligji i gravitetit universal tingëllon kështu: midis çdo pike materiale ekziston një forcë tërheqëse reciproke, në përpjesëtim të drejtë me produktin e masave të tyre dhe në përpjesëtim të kundërt me katrorin e distancës midis tyre, që vepron përgjatë vijës që lidh këto pika.

Kuptimi fizik i konstantës gravitacionale rrjedh nga ligji i gravitetit universal. Nëse , , atëherë , d.m.th., konstanta e gravitetit është e barabartë me forcën me të cilën tërhiqen dy trupa me nga 1 kg secili në një distancë prej 1 m Vlera numerike: . Forcat e gravitetit universal veprojnë midis çdo trupi në natyrë, por ato bëhen të prekshme në masa të mëdha (ose nëse të paktën masa e njërit prej trupave është e madhe). Ligji i gravitetit universal përmbushet vetëm për pikat materiale dhe topat (në këtë rast, distanca midis qendrave të topave merret si distancë).

Një lloj i veçantë i forcës gravitacionale universale është forca e tërheqjes së trupave në Tokë (ose në një planet tjetër). Kjo forcë quhet gravitetit. Nën veprimin e kësaj force, të gjithë trupat fitojnë përshpejtim të rënies së lirë. Prandaj, sipas ligjit të dytë të Njutonit, . Forca e gravitetit është gjithmonë e drejtuar drejt qendrës së Tokës. Në varësi të lartësisë mbi sipërfaqen e Tokës dhe gjerësia gjeografike pozicioni i trupit, përshpejtimi i rënies së lirë merr vlera të ndryshme. Në sipërfaqen e Tokës dhe në gjerësi të mesme, nxitimi i rënies së lirë është i barabartë me .

Në teknologji dhe në jetën e përditshme, koncepti i peshës trupore përdoret gjerësisht. Pesha e trupit është forca me të cilën trupi shtyp një mbështetje ose pezullim si rezultat i tërheqje gravitacionale në planet (Fig. 5). Pesha e trupit tregohet. Njësia e peshës është Njutoni (N). Që nga pesha e barabartë me forcën, me të cilin trupi vepron në mbështetëse, atëherë, në përputhje me ligjin e tretë të Njutonit, pesha e trupit është e barabartë në madhësi me forcën e reagimit të suportit. Prandaj, për të gjetur peshën e trupit, është e nevojshme të përcaktohet se me çfarë është e barabartë forca e reagimit të mbështetjes.

Le të shqyrtojmë rastin kur trupi së bashku me suportin nuk lëviz. Në këtë rast, forca e reagimit të mbështetjes dhe, rrjedhimisht, e trupit të saj është e barabartë me forcën e gravitetit (Fig. 6):

Në rastin e një trupi që lëviz vertikalisht lart, së bashku me një mbështetës, me nxitim, sipas ligjit të dytë të Njutonit, mund të shkruajmë (Fig. 7, a).

Projektuar në aks : , nga këtu .

Prandaj, kur lëvizni vertikalisht lart me nxitim, pesha e trupit rritet dhe gjendet me formulën .

Rritja e peshës trupore e shkaktuar nga lëvizja e përshpejtuar e mbështetëses ose e pezullimit quhet mbingarkesë. Efekti i mbingarkesës përjetohet nga astronautët si gjatë ngritjes raketë hapësinore, dhe kur anija ngadalëson kur hyn në shtresat e dendura të atmosferës. Pilotët gjithashtu përjetojnë mbingarkesa gjatë kryerjes së aerobatikës, dhe drejtuesit e makinave gjatë frenimit të rëndë.

Nëse trupi lëviz poshtë vertikalisht, atëherë duke përdorur arsyetime të ngjashme, marrim ; m g - N = m a; ; , d.m.th., pesha kur lëviz vertikalisht me nxitim do të jetë më e vogël se forca e gravitetit (Fig. 7, b).

Nëse trupi bie lirshëm, atëherë në këtë rast .

Gjendja e një trupi në të cilin pesha e tij është zero quhet pa peshë. Gjendja e mungesës së peshës vërehet në një aeroplan ose anije kozmike kur lëviz me përshpejtimin e rënies së lirë, pavarësisht nga drejtimi dhe vlera e shpejtësisë së lëvizjes së tyre. Jashtë atmosferës së tokës kur fiket motorët reaktiv në anije kozmike vepron vetëm forca gravitacionale. Nën veprimin e kësaj force, anija kozmike dhe të gjithë trupat në të lëvizin me të njëjtin nxitim, kështu që në anije vërehet gjendja e mungesës së peshës.