Еще Альберт Эйнштейн говорил, что все вокруг – самое настоящее чудо, и он был прав. Мы же в буднях повседневности часто перестаем замечать природные явления, принимая их за само собой разумеющееся. Подобной участи не избежала и сила тяжести. Забавную историю, связанную с ее открытием, знает каждый: достаточно напомнить о Ньютоне и яблоке, упавшем на голову ученому.
Представление о том, что такое сила тяжести, человек получает еще в детстве. Так, горизонтально брошенный снежок постепенно меняет свою траекторию, отклоняясь вниз, и падает на землю. Санки катятся с горки вниз. Капли дождя стремятся к земле и пр. Да и синяки с ушибами от падений – в них тоже «виновата» сила тяжести.
Земля, как и любая другая планета, притягивает к себе любые материальные тела, попавшие в зону действия силы тяжести. По мере удаления от притягивающего объекта интенсивность воздействия снижается. Так как снежок притягивается к земле, а не земля к горизонтально летящему снежку, то можно предположить, что сила зависит от массы тела. Другой вопрос: почему траектория снежка представляет собой кривую, а сразу после броска немедленного падения не происходит? Очевидно, что сила тяжести характеризуется интенсивностью, обладает неким значением, которое можно измерить, что и проделал И. Ньютон.
Он задался вопросом, почему предметы разной массы, падая с одинаковой высоты, достигают поверхности за разное время. Для выяснения этого ученый проделал простейший эксперимент: в стеклянной трубке разместил несколько предметов различной массы, например, свинцовый шар и легчайшую пушинку. В самой трубке создал вакуум и перевернул ее на 180 градусов. В результате все предметы, которые находились на дне, очутились наверху и под действием силы тяжести устремились вниз. Наблюдая за падением, Ньютон обнаружил, что все предметы достигли дна одновременно. Это позволило утверждать, что сила притяжения оказывает одинаковое действие на все предметы, независимо от их массы.
Однако жизненный опыт свидетельствует об обратном: пушинка упадет позже свинцового шара. На самом деле это легко объясняется, ведь отличие не только в массе, но и в наличии атмосферного воздуха, тормозящего падение. Это сопротивление зависит от плотности тела, его формы и, как следствие, высоты. В идеальных условиях, когда зона распространения поля достаточно велика, расстояние от массивного притягивающего объекта (планеты) стремится к бесконечности, а между падающими предметами и поверхностью отсутствует влияющая на движение среда, падение будет происходить с одним и тем же ускорением. В то же время, если принять во внимание тот факт, что сила тяжести - это та сила, благодаря которой тела взаимопритягиваются, то при бесконечном удалении (идеальные теоретические условия) на падение повлияет также масса падающего предмета. Другими словами, хотя планета оказывает на пушинку и шар воздействие F = m*g, они, в свою очередь, также притягивают планету. Но так как массы несопоставимы, то и этой «дополнительной» силой в расчетах можно пренебречь.
Действие силы тяжести сообщает всем предметам одно и то же ускорение, у поверхности Земли оно составляет 9,81 м/с². Как уже указывалось, с расстоянием сила слабеет, что было подтверждено замерами на верхней границе атмосферы – там ускорение менее 9 м/с². Ускорение силы тяжести зависит от массивности объекта, таким образом, на Солнце это значение достигает 273 м/с².
Проведя свои эксперименты, Ньютон определил, что сила тяжести представляет собой произведение массы тела на ускорение, и сформулировал свою знаменитую формулу F = m*g.
Стоит отметить, что, исходя из данной формулы, следует: g = F / m. Отсюда получается размерность для ускорения свободного падения - «Ньютон / килограмм». Данное обозначение равноправно с «м/с²».
