Сила тяжести

Что такое сила тяжести

Независимо от веса тела, его формы, размеров, направления, вещества, из которого оно состоит и его агрегатного состояния, Земля притягивает его к своей поверхности. Именно поэтому тело, подброшенное вверх, не улетает ввысь, а водоемы не вытекают в атмосферу.

Причины возникновения, куда направлена

В 1682 году И.Ньютон открыл закон всемирного тяготения, согласно которому все тела Вселенной притягиваются друг к другу. Сила их притяжения различна, поскольку у каждого из них своя масса. Ньютон назвал такие силы гравитационными и высказал предположение, что они направлены вдоль линии, которая теоретически соединяет их центры.

Чем больше масса у тела, тем с большей силой оно притягивает другие тела к себе. Поскольку планета имеет значительную массу, подброшенное вверх тело (если силу броска не компенсирует другая сила) обязательно притянется землей и упадет на нее.

Таким образом, становится понятным, что на поверхности планеты на все тела действует сила, названная силой тяжести, которая заметна визуально, в отличие от взаимодействия тел с незначительными массами.

Сила тяжести актуальна с позиции организации жизни на Земле. поскольку только благодаря ей у поверхности нашей планеты удерживается атмосфера, а водный океан не изливает свои воды в безвоздушное пространство.

Человеку и другим позвоночным животным природа подарила специальный аппарат (вестибулярный), с помощью которого они определяют характеристики силы земного притяжения и не теряют физической ориентации в пространстве.

Чему равна сила тяжести, формула для вычисления

Формула для определения силы тяжести вытекает из уравнения, характеризующего действие всемирного тяготения.

Если тело, имеющее массу m находится вблизи поверхности Земли, массу которой обозначить М, а радиус Rз, то оно будет притягиваться с силой:

\(F=G\times(M\div R_з2)\times m\)

Величина \(G×M÷R_з2\) обозначается в физике буквой g и называется ускорением свободного падения. Следовательно, формула приобретает следующий вид:

\(F=g\times m\\\)

Вектор силы тяжести направлен в центр Земли. Если другие силы, действующие на тело, имеют нулевые значения либо уравновешивают друг друга, оно, получая ускорение свободного падения, приземляется на землю. Средняя величина g для равна 9,81 м/с².

Удаление от поверхности Земли влияет на интенсивность притяжения (в обратной пропорциональности к квадрату расстояния, включая интервал от поверхности до центра Земли).

Ускорение свободного падения, как связано с силой тяжести

Действие на тело силы тяжести вызывает его свободное падение на землю, при отсутствии воздействия других сил либо их взаимно гасящем характере. Оно происходит с ускорением, которое измеряется в единицах — м/с² и имеет обозначение g.

Согласно проведенным исследованиям по измерению ускорения свободного падения, был сделан вывод, что его значения почти не отличаются в точках с различными координатами. Поэтому в любом месте Земли оно принимается равным 9,8м/с².  

Однако с увеличением высоты подъема предмета над Землей, сила тяжести, которая на него действует, уменьшается. Следовательно, ускорение свободного падения также становится меньшим. Так, расчет модуля на высоте h можно провести по формуле:

g=G\times M\div(R+h)²

Механизм появления ускорение свободного падения связан с законом всемирного тяготения, при условии, что одним из взаимодействующих тел является Земля. Действует он при условии, что падению не оказывается существенного сопротивления, а возникающие при этом силы трения или упругости суммарно уменьшают силу тяжести, взятую по модулю.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что сила тяжести и ускорение свободного падения не находятся в прямой зависимости. Тела, имеющие различные массы, приземляются на Землю с одинаковой скоростью при одном условии: если они находятся в вакууме и силы сопротивления воздуха отсутствуют. Для такого случая записать уравнение для свободно падающего тела можно так:

\(h=h_o-1\div2gt^2\)

Из уравнения вытекает, что его результат не имеет взаимосвязи с массой тела. Например, слон будет падать в вакууме так же быстро, как таракан. Скорость можно высчитать по формуле:

\(V=g\times t\)