Gravitačné sily

Slovník pojmov/nové pojmy:

Váha – fyzikálna veličina, ktorá určuje silu tiaže, ktorou je teleso s určitou hmotnosťou priťahované k stredu iného telesa s väčšou hmotnosťou (gravitačné priťahovanie). Váha je sila, a preto sa meria v newtonoch (N).

Gravitácia – sila príťažlivosti medzi všetkými objektmi, ktoré majú hmotnosť. Zemská gravitácia je sila, ktorá nás drží pevne na zemi, je dôvodom, prečo predmety padajú, keď ich pustíme, určuje pohyb planéty okolo Slnka.

Gravitačné pole – fyzikálna zákonitosť, neviditeľná sieť okolo akéhokoľvek telesa s hmotnosťou. Používa sa na vysvetlenie účinku, ktorým teleso pôsobí v priestore a vytvára silu na iné teleso.

Intenzita gravitačného poľa – sila, ktorou gravitačné pole priťahuje jednotkovú hmotnosť (hmotnosť 1 kg). Meria sa v newtonoch na kilogram – N/kg.

Gravitačná konštanta (G) – častejšie označovaná ako „veľké G“, je číslo používané pri výpočtoch gravitácie, t. j. určuje silu príťažlivosti medzi dvoma telesami. Hodnota gravitačnej konštanty je veľmi malá. To znamená, že gravitácia je relatívne slabá sila (v porovnaní s inými základnými silami v prírode, napr. elektromagnetickými silami), ktorá potrebuje veľmi hmotné objekty, aby vytvorila zistiteľné gravitačné pole.

Prečo všetky voľné telesá padajú na zem?

Prečo ľudia nemôžu lietať?

Prečo Mesiac obieha okolo Zeme a nie naopak?

Na tieto a ďalšie zaujímavé otázky nájdete odpovede v tejto lekcii.

Gravitácia – čo to je a ako funguje?

Gravitácia je základná sila v prírode, ktorá opisuje všeobecnú vlastnosť všetkých telies s hmotnosťou vo vesmíre vzájomne sa priťahovať. Dve obrovské lode na mori, dve perá položené na hmote, protón s elektrónom v atóme sú priťahované gravitáciou. Čím sú telesá ťažšie, tým väčšou gravitačnou silou sa priťahujú. Naopak, s rastúcou vzdialenosťou medzi ťažiskami oboch telies sa veľkosť gravitačnej sily zmenšuje, až postupne úplne zanikne.

Gravitácia je sila, ktorá priťahuje všetky objekty s hmotnosťou k stredu Zeme. To znamená, že všetko, čo stúpa, musí v dôsledku gravitácie klesať. Gravitácia je všade. Je nehmotná. Nemôžete ju ani vidieť. Je to príťažlivá sila, ktorá existuje medzi predmetmi a Zemou. Pôsobí vo vode, na zemi aj vo vzduchu.

Gravitácia nie je len príťažlivosť medzi objektmi a Zemou. Určuje silu vzájomnej príťažlivosti medzi dvoma objektmi a medzi všetkými vesmírnymi telesami vo vesmíre, od najmenších častíc až po najväčšie galaxie.

Zemská gravitácia je sila, ktorá nás drží pevne na zemi, je dôvodom, prečo predmety padajú, keď ich pustíme, ovplyvňuje pohyb satelitov a objektov v blízkosti Zeme.

Dve telesá sa nemusia vôbec dotýkať, aby sa navzájom gravitačne priťahovali. Umožňuje to gravitačné pole, ktoré vzniká okolo každého telesa.

Gravitačné pole je fyzikálny model neviditeľnej sily, ktorá sa vytvára okolo každého telesa, ktoré má hmotnosť. Používa sa na vysvetlenie účinku, ktorým jedno teleso v priestore vytvára silu na iné teleso v ľubovoľnom bode v priestore.

Intenzita gravitačného poľa je sila, ktorou gravitačné pole priťahuje jednotkovú hmotnosť (hmotnosť 1 kg). Meria sa v newtonoch na kilogram – N/kg. Je to vektorová veličina, čo znamená, že má veľkosť aj smer. Smer sily vždy smeruje do stredu telesa, ktoré pole vytvára.

Pohyb planét ovplyvňujú vzájomné gravitačné sily a gravitačná interakcia medzi Mesiacom, Zemou a Slnkom spôsobuje príliv a odliv v oceánoch. Gravitácia priťahuje všetky objekty, veľké aj malé. Je všade – vo vode, na súši aj vo vzduchu. Bez nej by život na Zemi neexistoval, pretože zadržiava atmosféru a zabraňuje úniku vody do vesmíru.

Medzi gravitačnými silami a elektrickými alebo magnetickými silami je zásadný rozdiel. Gravitačné sily sú vždy len príťažlivé – telesá sa nikdy gravitačne neodpudzujú. Zatiaľ čo dva elektrické náboje rovnakého znamienka alebo dva proti sebe stojace magnety s rovnakými pólmi sa môžu navzájom odpudzovať.

Gravitačná sila medzi dvoma telesami závisí od ich hmotností a vzdialenosti medzi nimi. Čím väčšia je hmotnosť telesa, tým silnejšie gravitačné pole vytvára. S rastúcou vzdialenosťou od stredu telesa sa sila gravitačného poľa zmenšuje.

Newtonov zákon univerzálnej príťažlivosti

Vzájomnú gravitačnú príťažlivosť dvoch telies opísal Isaac Newton v roku 1687. Zhrnul výsledky mnohých astronomických pozorovaní pohybu Mesiaca a iných planét a sformuloval svoj gravitačný zákon, ktorý platí dodnes.

Zdroj: https://humanachievementalliance.org/wp-content/uploads/2020/10/2-Newton.jpg

Tento zákon, známy ako zákon univerzálnej príťažlivosti, matematicky opisuje vzťah medzi gravitačnou silou, hmotnosťami telies a vzdialenosťou medzi nimi. Uvádza sa v ňom:

Z tohto zákona môžeme odvodiť vzorec na výpočet sily gravitačného poľa

Zdroj:
https://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:
NewtonsLawOfUniversalGravitation.svg

Kde:

F1 а F2 sú príťažlivé sily medzi ľubovoľnými dvoma telesami 1 a 2 (príťažlivá sila medzi dvoma hmotnými bodmi)
G je gravitačná konštanta
m₁ je hmotnosť prvého hmotného bodu
m₂ je hmotnosť druhého hmotného bodu
r je vzdialenosť medzi stredmi dvoch hmôt (hmotných bodov)

Gravitačná konštanta (G) – častejšie označovaná ako “veľké G”, je číslo používané pri výpočtoch gravitácie, t. j. určuje silu príťažlivosti medzi dvoma telesami. Hodnota gravitačnej konštanty je veľmi malá: G = 6,673 – 10^-11 N m /kg²² . To znamená, že gravitácia je relatívne slabá sila (v porovnaní s inými základnými silami v prírode, napr. elektromagnetickými silami), ktorá potrebuje veľmi hmotné objekty, aby vytvorila zistiteľné gravitačné pole.

Gravitačné sily sú merateľné a možno ich pozorovať len vtedy, keď má aspoň jedno z dvoch telies dostatočne veľkú hmotnosť.

Napríklad: medzi dvoma jablkami položenými na stole nepozorujeme žiadnu príťažlivosť. Gravitačná sila Slnka však určuje pohyb planét v slnečnej sústave; gravitácia Zeme priťahuje Mesiac a gravitácia Mesiaca priťahuje Zem. Keďže Zem má oveľa väčšiu hmotnosť ako Mesiac, jej gravitačná sila je silnejšia.

Zdroj: https://cdn.britannica.com/26/157426-131-16C2E991/moon-Planet-Earth-space.jpg 

Príliv a odliv v oceánoch je výsledkom vzájomného pôsobenia gravitačných síl Mesiaca a Zeme, ktoré spôsobuje pravidelné stúpanie a klesanie morskej hladiny.

Pozrite si krátke videá nižšie a odpovedzte na nasledujúce otázky:

• Aké sú podľa vás účinky slabšej gravitácie Mesiaca ako Zeme?
• Bolo by pre astronautov ťažšie alebo ľahšie pohybovať sa na Mesiaci, ako vysoko môžu vyskočiť v porovnaní so Zemou?
• A ako budú predmety padať?

Zdôvodnite svoje predpoklady.

https://youtu.be/H9YMgx5T9Sk
https://youtu.be/uzjA5d0QXv8
https://youtu.be/suQDwZcnJdg