Сила тяжести: формула, определение и единицы измерения

Всемирное тяготение, гравитация, сила тяжести — взаимосвязанные явления природы, открытые человеком. Благодаря им возможна жизнь на Земле и существование Вселенной. Что нужно знать о силе тяжести?

Сила всегда имеет направление

Все живые и неживые тела в природе постоянно переживают какие-то изменения: движутся быстрее или медленнее, меняют направление движения, падают, меняют форму или размер. Это происходит в результате взаимодействия разных тел, а причина изменений — внешнее влияние какой-то силы.

Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на каждое тело со стороны других тел. Сила всегда имеет направление, от которого зависит результат воздействия силой. Например, шарик будет двигаться в любую сторону, если к нему приложить силу с разных сторон.

Сила тяжести — проявление природной силы гравитации

В природе действует гравитация, поэтому все тела взаимно притягиваются. В повседневной жизни это не ощущается. Но пытливый ум задумается, какая сила удерживает предметы на местах, почему уроненная вещь падает вниз, а не летит вверх? Ответ дают законы природы. Самое большое тело в нашем окружении — планета, на которой мы живем. Именно она притягивает все, что находится вокруг.

Что такое сила тяжести? Это сила, с которой Земля притягивает тело, находящееся на ее поверхности или вблизи. При этом сила всегда направлена к центру планеты, а каждое тело имеет свой центр тяжести, на который она воздействует.

Причиной возникновения силы тяжести стало природное всемирное тяготение. По этому закону все тела, имеющие массу, притягиваются друг к другу. Как зависит сила тяжести от массы? Чем больше масса тела, тем сильнее оно притягивает меньшие тела. Именно поэтому планета, превышающая массой все, что находится на ней, так сильно воздействует на все тела в радиусе ее действия.

Открытию силы тяжести предшествовали исследования многих ученых

До того как Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения, многие ученые рассуждали о силе тяжести:

• Аристотель объяснял неведомой силой движение тяжелых физических стихий — Земли, воды.
• Архимед изучал вопрос о центре тяжести тел.
• Галилей исследовал законы падения тел.
• Декарт объяснял зависимость силы тяжести от расстояния между телом и центром Земли.

Эти знания стали основой глубоких размышлений молодого Исаака Ньютона. Он объединил все, что уже было известно науке, и вывел новый закон природы.

Закон всемирного тяготения открыл Исаак Ньютон

Бытует устойчивое представление, что закон всемирного тяготения помогло открыть упавшее с дерева яблоко. Так или нет, но энциклопедия Britannica утверждает, что к его открытию Ньютона привели размышления о движении планет. Это произошло во время вынужденного перерыва в научных занятиях, когда в 1665 году разразилась эпидемия чумы.

Понадобилось еще более двух десятков лет, чтобы ученый оформил то, чего мир еще не знал: сила всемирного тяготения проявляется в силе тяжести и эта сила пропорциональна массе тела. Об этом он оповестил научный мир в 1687 году, издав труд «Математические начала натуральной философии». Издание Science Direct подтверждает, что закон всемирного тяготения Ньютона применим практически к любым объектам. Имя ученого увековечено в этом открытии: единица измерения силы тяжести в физике называется Ньютон.

Сила тяжести определяется по формуле

Сила тяжести зависит исключительно от массы тела и планеты, на которой оно находится. Как обозначается сила тяжести? В физике эту величину обозначают буквой F. Но такое же обозначение принято и для некоторых других величин в науке, поэтому, чтобы отличить силу тяжести, его иногда применяют с индексом — Fтяж.

Какая формула силы тяжести? Эта величина определяется по формуле F=m×g, где m — масса тела, а g — ускорение свободного падения.

В физике известно, что свободно падающее тело ускоряется по мере приближения к поверхности Земли. Скорость эта увеличивается каждую секунду на 9,81 м, поэтому ускорение свободного падения g=9,81 м/сек². На планетах с другой массой это ускорение будет иным, например, на Юпитере оно равно 26,2 м/сек².

Формула силы тяжести применима к любым телам на Земле

Формула силы тяжести применима к телам с ощутимой массой и к самым легким предметам. Хотя в природе падение пера птицы будет сильно замедленно сопротивлением воздуха, формула силы тяжести применима к нему так же, как и к тяжелым телам.

Ускорение свободного падения для всех тел одинаково. Это доказывает простой эксперимент: если поместить предметы с разным весом в стеклянную колбу, откачать из нее воздух и перевернуть, все они будут падать с одинаковой скоростью, хотя их масса отличается.

Так как g — ускорение свободного падения и это постоянная величина для всех предметов на Земле, формула F=m×g применима и к легкому перышку, и к тяжелому кирпичу.

Благодаря силе тяжести существует жизнь на Земле

Сила тяжести удерживает вокруг Земли ее атмосферу, в которой когда-то зародилась жизнь, и без нее не выживут никакие существа. Силой тяжести объясняются многие явления на планете, прежде всего круговорот веществ и воды в природе.

Живые существа приспособились к жизни в условиях силы тяжести. Они ориентируются в пространстве на Земле благодаря тому, что имеют рецепторы (вестибулярный аппарат), определяющие величину и направление силы тяжести.

Сила тяжести имеет практическое значение

Закон всемирного тяготения и сила тяжести как его проявление видим в возникновении приливов, которые на Земле вызываются Луной. Энергию этого движения воды человек использует для получения энергии.

Современные ученые в разных сферах продолжают изучать силу тяжести и методы ее измерения. Так, исследователь Иван Инжеватов описывает, как определяют вертикальный градиент силы тяжести, что имеет практическое значение в геологии, геодезии, навигации.

Сила тяжести на Земле постоянно увеличивается

Возраст Земли с момента образования ее как самостоятельной планеты составляет около 4,5 млрд лет. За это время ее масса существенно увеличилась благодаря силе тяжести. Этой силой планета притягивает на свою поверхность ежегодно 30–40 млн тонн метеоритного материала из космоса.

Природная сила тяжести определяет многие процессы и явления нашей жизни. Ее проявления продолжают изучать и применять во многих сферах.