Гравитационни сили

Речник/нови понятия:

Тегло – физична величина, определяща силата на тежестта, с която едно тяло с дадена маса е привлечено към центъра на друго с по-голяма маса (гравитационното привличане). Теглото е сила и затова се измерва в нютони (N).

Гравитация – сила на привличане между всички обекти, които имат маса. Земната гравитация е силата, която ни държи здраво стъпили на земята, тя е причината предметите да падат, когато ги изпуснем, тя определя движението на планетните около Слънцето.

Гравитационно поле – физически модел, невидима мрежа около всяко тяло с маса. Чрез него се обяснява въздействието, което едно тяло упражнява в пространството, за да създаде сила върху друго тяло.

Сила на гравитационното поле – силата, с която гравитационното поле привлича единица маса (маса от 1 kg). Измерва се в нютони на килограм – N/kg.

Гравитационна константа (G) – по-често наричана „голямото G“, е число, което се използва при изчисления на гравитацията, т.е. определя силата на привличане между две тела. Стойността на гравитационната константа е много малка. Това означава, че гравитацията е относително слаба сила (в сравнение с други фундаментални сили в природата, като напр. електромагнитната), която се нуждае от много масивни обекти, за да създаде забележимо гравитационно поле.

Защо всички свободни тела падат към земята?

Защо хората не могат да летят?

Защо Луната обикаля около Земята, а не обратното?

На тези и други интересни въпроси ще намерите отговор в този урок.

Гравитацията – какво представлява и как действа?

Гравитацията е фундаментална сила в природата, която описва общото свойство на всички тела с маса във Вселената да се привличат. Два огромни морски кораба, две химикалки, поставени на маса, протон с електрон в атом се привличат гравитационно. Колкото по-тежки са телата, толкова по-голяма гравитационна сила привличат. И обратното: с увеличаване на разстоянието между центровете на тежестта на двете тела, големината на гравитационната сила намалява, докато постепенно изчезне напълно.

Гравитацията е силата, която привлича всички обекти, които имат маса, към центъра на Земята. Това означава, че всичко, което се издига нагоре, трябва да се спуска надолу поради гравитацията. Гравитацията е навсякъде. Тя е неосезаема. Не можете и да я видите. Тя е сила на привличане, която съществува между предметите и Земята. Тя действа във водата, на сушата и във въздуха.

Гравитацията не е само привличане между обектите и Земята. Тя определя силата на взаимното привличане между два обекта и между всички космически тела във Вселената – от най-малките частици до най-големите галактики.

Земната гравитация е силата, която ни държи здраво стъпили на земята, тя е причината предметите да падат, когато ги изпуснем, тя влияе на движението на спътниците и обектите, близо до Земята.

Изобщо не е необходимо две тела да се докосват, за да се привличат гравитационно. Това става възможно благодарение на гравитационното поле, което възниква около всяко тяло.

Гравитационното поле е физически модел на невидимата сила, която се създава около всяко тяло, което има маса. Чрез него се обяснява въздействието, което едно тяло упражнява в пространството, за да създаде сила върху друго тяло във всяка точка от пространството.

Силата на гравитационното поле е силата, с която гравитационното поле привлича единица маса (маса от 1 kg). Измерва се в нютони на килограм – N/kg. Тя е векторна величина, което означава, че тя има както големина, така и посока. Посоката на силата винаги е насочена към центъра на тялото, което създава полето.

Движението на планетите е под въздействието на гравитационните сили между тях, а  гравитационното взаимодействие между Луната, Земята и Слънцето причинява приливите и отливите в океаните. Гравитацията привлича всички обекти, големи и малки. Тя е навсякъде –  във водата, на сушата и във въздуха. Без нея животът на Земята не би съществувал, тъй като тя задържа атмосферата и не позволява на водата да изтече в космоса.

Има една съществена разлика между гравитационните сили и електрическите или магнитните сили. Гравитационните сили винаги са само притегателни – телата никога не се отблъскват гравитационно. Докато два електрически заряда с еднакъв знак или два магнита, обърнати един срещу друг с еднакви полюси, могат да се отблъскват.

Гравитационната сила между две тела зависи от масите на телата и от разстоянието между тях. Колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-силно е гравитационното поле, което то създава. Колкото повече се увеличава разстоянието от центъра на тялото, толкова силата на гравитационното поле намалява.

Закон на Нютон за всеобщото привличане

Взаимното гравитационно привличане на две тела е описано от Исак Нютон през 1687 г. Той обобщава резултатите от многобройните астрономически наблюдения за движението на Луната и другите планети и формулира своя Закон за гравитацията, който е в сила и днес.

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

Този закон, известен като Закон за всеобщото привличане, описва математически връзката между силата на гравитационното привличане, масите на телата и разстоянието между тях. Той гласи:

От този закон можем да изведем формула за изчисляване на силата на гравитационното поле

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

където:

F1 и F2 са силите на привличане между които и да е две тела 1 и 2 (силата на привличане между двете материални точки)
G е гравитационната константа
m₁ е масата на първата материална точка
m₂ е масата на втората материална точка
r е разстоянието между центъра на двете маси (материални точки)

Гравитационна константа (G) – по-често наричана „голямото G“, е число, което се използва при изчисления на гравитацията, т.е. определя силата на привличане между две тела. Стойността на гравитационната константа е много малка: G = 6.673 * 10^-11 N m²/kg². Това означава, че гравитацията е относително слаба сила (в сравнение с други фундаментални сили в природата, като напр. електромагнитната), която се нуждае от много масивни обекти, за да създаде забележимо гравитационно поле.

Гравитационните сили са измерими и могат да бъдат наблюдавани, само когато поне едно от двете тела има достатъчно голяма маса.

Например: не наблюдаваме привличане между две ябълки, поставени на масата. Но гравитационната сила на Слънцето определя движението на планетните в Слънчевата система; гравитацията на Земята привлича Луната, а гравитацията на Луната привлича Земята. Тъй като Земята има много по-голяма маса от Луната, нейното гравитационно привличане е по-силно.

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

Приливите и отливите в океаните са в резултат на взаимодействието между гравитационните сили на Луната и Земята, което води до периодично покачване и спадане на морското равнище.

Вижте предложените по-долу кратки видеоклипове и отговорете на следните въпроси:

• Как мислите, какви са ефектите от по-слабата гравитация на Луната от тази на Земята?
• По-трудно или по-лесно ще се движат астронавтите на Луната, колко високо могат да скачат в сравнение със Земята?
• А как ще падат предметите?

Аргументирайте предположенията си.

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