Jeżeli chcesz powrócić na początek strony kliknij w menu  GRAWITACJA

TEORIE BUDOWY WSZECHŚWIATA

Astronomia jest najstarszą nauką przyrodniczą. Systematyczne obserwacje astronomiczne wykonywano w celach ustalenia kalendarzowej rachuby czasu. Już w zamierzchłych czasach zauważono na niebie pięć planet, które zmieniały swoje położenie na niebie.
Według najdawniejszych poglądów Ziemia miała stanowić środek świata, przyjmowano przy tym, że ma ona kształt płaskiej tarczy. Jednak już w VI wieku p.n.e. Pitagoras i jego uczniowie głosili, że Ziemia jest kulą niczym nie podpartą, znajdującą się w środku świata. Pogląd taki nosi nazwę poglądu geocentrycznego. Utrzymał się on aż do połowy XVI wieku.
Dopiero w okresie Odrodzenia poglądy te uległy zmianie.
Rok 1543, w którym Mikołaj Kopernik opublikował swoje dzieło De Revolutionibus (O Obrotach), był epokowym momentem w rozwoju poglądów na budowę Wszechświata. W dziele tym uczony zawarł opracowaną przez siebie teorię heliocentryczną, przyjmującą, że centralnym ciałem Układu Planetarnego jest Słońce, a Ziemia wraz z planetami krąży wokół Słońca po orbitach eliptycznych, które można w przybliżeniu uznać za kołowe. Wielkie znaczenie teorii Kopernika polega przed wszystkim na stwierdzeniu, że Ziemia nie stanowi żadnego wyróżnionego miejsca we Wszechświecie, lecz jest jedną z planet obiegających Słońce.
Astronomia od czasów Kopernika zaczęła się szybko rozwijać, a teoria heliocentryczna znalazła wielu zwolenników. Jednym z nich był Galileusz, który pierwszy w roku 1609 skierował lunetę na niebo. Jednak dopiero Johannes Kepler ( 1571 – 1630) teorię ruchów Ziemi i planet dookoła Słońca ujął je we właściwe prawa. Ukoronowaniem zaś teorii Kopernika stało się prawo powszechnego ciążenia wypowiedziane przez Newtona.
 

PRAWA RUCHU PLANET

Kepler prawa rządzące ruchami planet sformułował na podstawie wieloletnich własnych obserwacji nieba jak też obserwacji wykonanych przez innych uczonych, między innymi przez Tychona Brahego (1546 – 1601). Pierwsze prawo Keplera zostało sformułowane następująco:

Orbita każdej planety jest elipsą, przy czym Słońce znajduje się w jednym z jej ognisk. (rys.1)

Elementami krzywej nazywanej elipsą (rys. 1 ) są dwa punkty F1 i F2 nazywane ogniskami elipsy.

Drugie prawo Keplera brzmi:
Promień wodzący planety, czyli linia łącząca Słońce z planetą w równych odstępach czasu zakreśla równe pola (rys. 2) lub inaczej: Prędkość polowa planety jest stała.

Z drugiego prawa wynika, że w ciągu takiego samego czasu planety, gdy znajduje się bliżej Słońca przebywa dłuższą drogę, niż wtedy gdy jest od Słońca dalej. Wobec tego prędkość liniowa planety też się zmienia; większa jest w peryhelium z mniejsza w aphelium.
Na przykład Ziemia obiega Słońce po elipsie i jej prędkość liniowa zmienia się od 30,0 km/s do 29,3 km/s w zależności od tego czy jest bliżej czy dalej od Słońca

Trzecie prawo Keplera sformułował dopiero w dziesięć lat po ogłoszeniu dwóch pierwszych, a brzmi ono następująco:

Drugie potęgi okresów obiegu planet wokół Słońca są wprost proporcjonalne do trzecich potęg ich średnich odległości od Słońca.

PRAWO GRAWITACJI

Newton wprowadził swoje słynne prawo ciążenia powszechnego na podstawie praw opracowanych przez Keplera – praw ruchu planet. Przed Newtonem sądzono, iż ruchy ciał niebieskich nie podlegają prawom fizyki, jakie obowiązują na Ziemi. To Newton pierwszy zrozumiał, że jest inaczej. Na podstawie trzech zasad dynamiki wysnuł następujące wnioski:

1. ponieważ planety obiegające Słońce po krzywych, więc musi na nie działać siła zakrzywiająca tor – siła dośrodkowa (siła przyciągająca ciało do Słońca),
2. źródłem sił przyciągających planety jest Słońce,
3. siła utrzymująca planety na orbitach powinna być odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości planety od Słońca.

Newton pierwszy zwrócił uwagę, iż siła która każe jabłku spadać na Ziemię jest tą samą siłą, która każe planetom „spadać” na Słońce, a Księżycowi obiegać Ziemię po orbicie kołowej.
Skoro Ziemia przyciąga każde ciało, to zgodnie z trzecią zasadą dynamiki, powinno ono również przyciągać Ziemię. Idąc tym tokiem rozumowania Newton wysnuł wniosek, że wszystkie ciała przyciągają się wzajemnie , a siły działające między nimi nazwał siłami grawitacji lub siłami powszechnego ciążenia.

Prawo powszechnego ciążenia sformułował następująco:
Każde dwa ciała obdarzone masą przyciągają się wzajemnie siłami grawitacji, których wartości są wprost proporcjonalne do iloczynu mas tych ciał, a odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między ich środkami.

Prawo to możemy to zapisać wzorem:
 
gdzie:
F_g - siła grawitacji
m₁, m₂ - masy oddziaływujących ciał,
r - odległość między ich środkami
G - stała grawitacji.

CIĘŻAR CIAŁA

Każde dwa ciała (nawet o małych masach) oddziaływają na siebie grawitacyjnie. Gdy masa przynajmniej jednego z przyciągających się ciał jest dostatecznie duża, to siła grawitacji jest łatwa do zaobserwowania. Ziemia właśnie z powodu stosunkowo dużej masy przyciąga wszystkie ciała. Codziennie doświadczamy skutków działania sił grawitacji pochodzących właśnie od Ziemi i nawet tego nie zauważamy.
Siłę z jaką Ziemia przyciąga ciało będziemy nazywać ciężarem ciała lub siła ciężkości.
Ciężar oznaczymy symbolem F_g lub Q.
Aby otrzymać wzór na ciężar ciała, należy do wzoru ogólnego na siłę grawitacji podstawić masę ziemi (jednego z ciał oddziaływujących na siebie grawitacyjnie). po przekształceniu otrzymamy:

wielkości G, M i r są wielkościami stałymi dla ziemi:

uwzględniając to wzór na ciężar ciała (siłę ciężkości)  możemy zapisać:

F_g = m g

gdzie g - przyspieszenie ziemskie.

To specyficzne przyśpieszenie, z jakim spadają ciała tuż nad powierzchnią Ziemi nazywamy przyśpieszeniem ziemskim .
Kierunek siły grawitacji jest zawsze prostopadły do powierzchni ziemi (wzdłuż promienia), a zwrot do środka ziemi.