Gravitacinės jėgos: jų skaičiavimo formulės samprata ir taikymo ypatumai

Gravitacinės jėgos yra viena iš keturių pagrindinių jėgų tipų, pasireiškiančių visa savo įvairove tarp įvairių kūnų tiek Žemėje, tiek už jos ribų. Be jų dar išskiriami elektromagnetiniai, silpnieji ir branduoliniai (stipriai). Tikriausiai žmonija pirmiausia suvokė jų egzistavimą. Apie iš Žemės pusės buvo žinoma nuo seniausių laikų. Tačiau praėjo ištisi šimtmečiai, kol žmogus suprato, kad tokia sąveika vyksta ne tik tarp Žemės ir bet kurio kūno, bet ir tarp skirtingų objektų. Pirmasis, kuris suprato, kaip jie veikia, buvo anglų fizikas I. Niutonas. Tai jis atnešė dabar gerai žinomą

Gravitacinės jėgos formulė

Niutonas nusprendė išanalizuoti dėsnius, pagal kuriuos planetos juda sistemoje. Dėl to jis priėjo prie išvados, kad dangaus kūnų sukimasis aplink Saulę įmanomas tik tuo atveju, jei tarp jos ir pačių planetų veikia gravitacinės jėgos. Supratęs, kad dangaus kūnai nuo kitų objektų skiriasi tik savo dydžiu ir mase, mokslininkas išvedė tokią formulę:

F \u003d f x (m 1 x m 2) / r 2, kur:

  • m 1 , m 2 yra dviejų kūnų masės;
  • r yra atstumas tarp jų tiesia linija;
  • f yra gravitacinė konstanta, kurios reikšmė yra 6,668 x 10 -8 cm 3 /g x sek 2.

Taigi galima teigti, kad bet kurie du objektai traukia vienas kitą. Gravitacinės jėgos darbas savo dydžiu yra tiesiogiai proporcingas šių kūnų masėms ir atvirkščiai proporcingas atstumui tarp jų, kvadratu.

Formulės taikymo ypatybės

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad naudoti matematinį traukos dėsnio aprašymą yra gana paprasta. Tačiau, jei gerai pagalvotumėte, ši formulė prasminga tik dviem masėms, kurių matmenys yra nereikšmingi, palyginti su atstumu tarp jų. Ir tiek, kad juos būtų galima paimti už du taškus. Bet ką daryti, kai atstumas yra panašus į kūnų dydį, o jie patys yra netaisyklingos formos? Padalinkite juos į dalis, nustatykite tarp jų esančias gravitacijos jėgas ir apskaičiuokite rezultatą? Jei taip, kiek taškų reikia skaičiuoti? Kaip matote, ne viskas taip paprasta.
O jeigu atsižvelgsime (matematikos požiūriu), kad taškas neturi matmenų, tai tokia situacija atrodo visiškai beviltiška. Laimei, mokslininkai sugalvojo būdą, kaip tokiu atveju atlikti skaičiavimus. Juose naudojamas vientisas aparatas, o metodo esmė ta, kad objektas yra padalintas į begalę mažų kubelių, kurių masės sutelktos jų centruose. Tada sudaroma formulė gaunamos jėgos radimui ir taikomas ribinis perėjimas, kurio pagalba kiekvieno sudedamojo elemento tūris sumažinamas iki taško (nulio), o tokių elementų skaičius siekia begalybę. Dėl šio požiūrio buvo padarytos kai kurios svarbios išvados.

  1. Jei kūnas yra rutulys (sfera), kurio tankis yra vienodas, tai jis pritraukia prie savęs bet kurį kitą objektą taip, tarsi visa jo masė būtų sutelkta jo centre. Todėl su tam tikra klaida šią išvadą galima pritaikyti planetoms.
  2. Kai objekto tankiui būdinga centrinė sferinė simetrija, jis sąveikauja su kitais objektais taip, tarsi visa jo masė būtų simetrijos taške. Taigi, jei paimsime tuščiavidurį rutulį (pavyzdžiui, kelis rutulius, įdėtus vienas į kitą (kaip matrioškos), tada jie pritrauks kitus kūnus taip pat, kaip darytų materialus taškas, turintys bendrą masę ir išsidėstę centras.


Patiko straipsnis? Pasidalink su draugais!