Тяготение или гравитация — это фундаментальное взаимодействие, возникающее между всеми телами во Вселенной. Уровень этого взаимодействия напрямую зависит от массы тел и расстояния между ними.
Понятие гравитации
Тяготение — это неотъемлемое свойство материи. Абсолютно все тела притягиваются друг к другу, хоть и с ничтожно малой силой. Черные дыры притягивают свет, звезды притягивают планеты, планеты — спутники, Земля — людей и все, что находится на ее поверхности. Без гравитации океаны, атмосфера и все живое просто свободно бы парило в межзвездном пространстве, удаляясь в разные стороны.
Гравитация — очень слабое взаимодействие, которое невозможно ощутить между телами в человеческом масштабе. Сила тяготения прямо пропорционально зависит от массы тел и обратно пропорционально от расстояния между ними. Для тел с небольшой массой гравитация практически незаметна. Даже такие большие тела, как Эмпайр Стейт Билдинг или Титаник обладают крайней низкой силой взаимодействия. Земля, Луна или Солнце — другое дело, ведь их масса в сотни миллиардов раз больше масс земных объектов.
Все мы знаем, что черные дыры — это самые массивные объекты в космосе, которые обладают максимальной гравитацией. Сила тяжести черных дыр настолько велика, что даже свет не может покинуть ее поверхность. В понимании простых людей черные дыры — не только супермассивные объекты, но и огромные, с размерами, сравнимыми с Солнцем. Современными астрофизиками выдвинуто предположение, что существуют такие черные дыры, размер которых не превышают размеров протона, но масса их составляет миллиарды тон. Объединение квантовой механики и теории относительности в единую «физику всего» позволит точно подтвердить существование подобных тел.
Гравитация на других планетах
Луна имеет массу в 81 раз меньшую, нежели колыбель человечества. Если вы попадете на поверхность Луны, то будете испытывать силу притяжения, равную всего лишь 17% от земной. Например, космонавт в полном снаряжении на Земле имеет массу 120 кг и вес 1 200 Н. На Луне космонавт также будет иметь массу в 120 кг, однако его вес уменьшиться до 200 Н. С таким легким весом тяжеловесный первооткрыватель сможет легко подпрыгивать на пару метров вверх. При удалении от Луны ее гравитация уменьшается, и при преодолении определенного порога, исчезает вовсе: в этой ситуации тела «улетают» в открытый космос.
На планете с более высокой массой сила гравитации также была бы выше, тела живых существ обладали бы большим весом и передвигаться им было бы сложнее. Если бы жизнь зародилась на более массивной планете, нежели Земля, то в силу высокой силы тяготения, эволюция придала бы людям коренастый вид и небольшой рост. Однако это всего лишь теории и вымыслы писателей-фантастов. Земная гравитация существует здесь и сейчас, а открыть ее влияние на мироздание помогло яблоко, упавшее на голову одному ученому мужу.
Закон всемирного тяготения
Исаак Ньютон — один из величайших физиков и математиков всех времен. Сэр Исаак занимался изучением движения небесных тел и выдвинул теорию, что Луна не срывается с места и не улетает за горизонт благодаря неведомой силе, которая удерживает ее на орбите. Созерцание падающего яблока навело Ньютона на мысль, что плод падает на Землю благодаря той же самой силе, из-за которой Луна привязана к орбите планеты.
Эта простая в своей гениальности мысль полностью перевернула понимание мироустройства Вселенной. При помощи закона всемирного тяготения астрономы вычисляют положение небесных тел на многие годы вперед, а современная прикладная физика позволяет с точностью рассчитывать траектории движения не только спутников на орбите Земли, но и исследовательских аппаратов, отправляемых на Марс и Сатурн. Математически этот фундаментальный закон записывается довольно просто:
F = G × m1 × m2 / r2,
где m1 и m2 — масса рассматриваемых тел, r — расстояние между телами, G = 6,67408 × 10(-11) м3 × кг-1 × с-2 — гравитационная постоянная.
При помощи нашей программы вы в пару кликов можете подсчитать силу притяжения между двумя телами или наоборот, вычислить массу или расстояние, если известна сила притяжения. Для этого введите три любые значения в соответствующие ячейки и нажмите кнопу «Рассчитать».
Примеры из космической жизни
Расчет силы взаимодействия
Давайте вычислим силу, с которой притягиваются два объекта в космосе. Пусть есть контейнер с грузом массой 1 000 кг и космическая станция массой 124 300 кг. Объекты находятся на расстоянии 3 метров. Вычислим силу, с которой станция притягивает к себе грузовой контейнер. Введем значения в соответствующие ячейки и получим результат: 0,000921 Н. Как видите, более чем стотонная станция не оказывает практического никакого воздействия на груз массой в тонну.
Расчет массы
Давайте вычислим, какой массой должна обладать станция, чтобы на расстоянии 3 м притягивать к себе объекты массой 1 тонна хотя бы с силой 2 Н. Очистим ячейки калькулятора и обновим данные. Получим, что для оказания столь малой силы станция должна иметь массу, равную 269 865 067 кг.
Заключение
Закон всемирного тяготения — универсальный закон, который лежит в основе современной астрофизики. Наш калькулятор пригодится как школьникам, так и студентам начальных курсов.
