Силы в природе. Закон всемирного тяготения

Объяснить характер движения любого тела можно с помощью законов Ньютона. Обратная задача механики состоит в том, что зная, как движется тело, надо определить неизвестные силы, действующие на него. Именно путем решения обратной задачи механики установлено много фундаментальных законов природы, открытые силы, действующие в природе.

Ярче примером решения обратной задачи механики является открытие закона всемирного тяготения.

В XVI веке астроном Тихо Браге смог с большой точностью определить координаты планет в различные моменты времени; обрабатывая результаты этих наблюдений, немецкий астроном Кеплер установил формы орбит - траекторий, по которым движутся планеты, и некоторые особенности движения планет по этим орбитам. Но четкое научное объяснение движения планет дал только Ньютон. Кроме того, ученый предположил, что природа сил, которые удерживают планеты на их орбитах, такая же, как и природа силы тяжести, действующей на все тела у поверхности Земли. Для проверки этого предположения Ньютон применил полученный закон для расчета ускорения движения Луны вокруг Земли. Обобщив этот вывод на все тела в природе, ученый получил закон всемирного тяготения. Ньютону было всего 24 года, когда он сформулировал этот закон.

Закон всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силами, прямо пропорциональными их массам и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними.

Коэффициентом пропорциональности в этом законе есть гравитационная постоянная, равная 6,67 · 10^-11 ньютон, умноженный на метр квадратный и разделен на килограмм квадратный. Это число соответствует силе притяжения между двумя телами массой 1 кг каждое, если расстояние между ними равно 1 метр.

Закон всемирного тяготения объясняет устойчивость Солнечной системы, приливы и отливы на Земли, дает возможность вычислить массу, плотность планет и Солнца, определить время и место солнечных и лунных затмений, на его основе открыты планеты Уран и Нептун.

Галилей обнаружил, что вблизи Земли все тела имеют одинаковое ускорение, которое предоставляет им сила, которая притягивает их к земле. Эту силу называют силой притяжения. Сила тяжести, которая действует на тело, равна произведению массы тела на ускорение свободного падения. Ускорение свободного падения не является константой. Оно зависит от:

1. высоты тела над поверхностью Земли (чем выше тело находится над землей, тем ускорение свободного падения будет меньше);

2. географической широты местности (на полюсах ускорение свободного падения будет наибольшим, на экваторе - наименьшим);

3. твердости пород, которые залегают в земле.