כוחות הכבידה הם אחד מארבעת סוגי הכוחות העיקריים שמתבטאים בכל המגוון שלהם בין גופים שונים הן על פני כדור הארץ והן מחוצה לו. בנוסף אליהם, מובחנים גם אלקטרומגנטיים, חלשים וגרעיניים (חזקים). ככל הנראה, זה היה קיומם שהאנושות הבינה מלכתחילה. כוח המשיכה מכדור הארץ ידוע עוד מימי קדם. עם זאת, חלפו מאות שנים עד שאדם ניחש שסוג זה של אינטראקציה מתרחשת לא רק בין כדור הארץ לכל גוף, אלא גם בין עצמים שונים. הראשון שהבין כיצד פועלים כוחות הכבידה היה הפיזיקאי האנגלי I. Newton. הוא זה שהסיק את חוק הכבידה האוניברסלי הידוע כיום.
נוסחת כוח הכבידה
ניוטון החליט לנתח את החוקים שלפיהם כוכבי הלכת נעים במערכת. כתוצאה מכך, הוא הגיע למסקנה כי סיבוב השמיםגופים סביב השמש אפשריים רק אם פועלים כוחות כבידה בינה לבין כוכבי הלכת עצמם. כשהבין שגופים שמימיים שונים מעצמים אחרים רק בגודלם ובמסתם, הסיק המדען את הנוסחה הבאה:
F=f x (m1 x m2) / r2, כאשר:
- m1, m2 הם המסות של שני גופים;
- r - המרחק ביניהם בקו ישר;
- f הוא קבוע הכבידה, שערכו הוא 6.668 x 10-8 cm3/g x sec 2.
לפיכך, ניתן לטעון שכל שני אובייקטים נמשכים זה לזה. עבודת כוח הכבידה בגודלו עומדת ביחס ישר למסה של הגופים הללו ובפרופורציה הפוך למרחק ביניהם, בריבוע.
תכונות של יישום הנוסחה
במבט ראשון, נראה שהשימוש בתיאור המתמטי של חוק המשיכה הוא די פשוט. עם זאת, אם חושבים על זה, נוסחה זו הגיונית רק עבור שתי מסות, שמידותיהן זניחות בהשוואה למרחק ביניהן. ועד כדי כך שאפשר לקחת אותם לשתי נקודות. אבל מה לגבי כשהמרחק דומה לגודל הגופים, ולעצמם יש צורה לא סדירה? לחלק אותם לחלקים, לקבוע את כוחות הכבידה ביניהם ולחשב את התוצאה? אם כן, כמה נקודות יש לקחת לחישוב? כפי שאתה יכול לראות, זה לא כל כך פשוט.
ואם ניקח בחשבון (מנקודת מבט של מתמטיקה) שהנקודהאין מימדים, אז המצב הזה נראה חסר סיכוי לחלוטין. למרבה המזל, מדענים מצאו דרך לבצע חישובים במקרה זה. הם משתמשים במנגנון של חשבון אינטגרלי ודיפרנציאלי. מהות השיטה היא שהעצם מחולק למספר אינסופי של קוביות קטנות, שהמסות שלהן מרוכזות במרכזן. לאחר מכן נעצבת נוסחה למציאת הכוח המתקבל ומופעל מעבר גבול, שבאמצעותו מצטמצם נפחו של כל יסוד מרכיב לנקודה (אפס), ומספרם של אלמנטים כאלה שואף לאינסוף. הודות לטכניקה זו, התקבלו כמה מסקנות חשובות.
- אם הגוף הוא כדור (כדור), שצפיפותו אחידה, אז הוא מושך אליו כל עצם אחר כאילו כל המסה שלו מרוכזת במרכזו. לכן, בשגיאה מסוימת, ניתן ליישם מסקנה זו גם על כוכבי לכת.
- כאשר הצפיפות של עצם מאופיינת בסימטריה כדורית מרכזית, הוא מקיים אינטראקציה עם עצמים אחרים כאילו כל המסה שלו נמצאת בנקודת הסימטריה. לפיכך, אם ניקח כדור חלול (לדוגמה, כדור כדורגל) או כמה כדורים מקוננים זה בזה (כמו בובות מטריושקה), אז הם ימשכו גופים אחרים באותו אופן כמו שנקודה חומרית הייתה עושה, עם המסה הכוללת שלהם. וממוקם במרכז.
