Первым человеком, изучавшим природу падения тел, был греческий ученый Аристотель.
Его теория о том, что все тела хотят обрести состояние покоя, стремясь к
центру планеты, отчасти была верна. Однако Аристотель исходил из того,
что скорость падения тел напрямую зависит от их массы.
Исаак Ньютон, портрет Жана-Леона
Заблуждение это просуществовало несколько веков, пока итальянец
Галилео Галилей не обобщил и не проанализировал опыт и эксперименты
нескольких поколений исследователей. Именно он предположил, что в среде,
свободной от воздуха, все тела будут падать с одинаковой скоростью.
Также Галилей предположил, что во время падения скорость тел постоянно
увеличивается.
Экспериментировать со свободным падением тел продолжил Исаак Ньютон.
Достижения науки и инженерии позволили ученому ставить эксперименты в
среде с разряженным воздухом. Этого удалось достичь благодаря
изобретению насоса.
В длинную стеклянную колбу ученый поместил перо и металлическую
монетку, после чего откачал из колбы воздух. Падение тел в разряженном
воздушном пространстве имело одинаковую скорость, несмотря на большую
разницу в массе и плотности.
Эксперимент Гилилея с металлическими шарами
На тот момент четкой формулы ускорения еще не было, но исследователи
предположили, что во время свободного падения тело проходит отрезки
пространства в равные промежутки времени, а пространства эти соотносятся
между собой как нечетные, последовательные числа, например 1:3:5….
Таким образом, был установлен признак равноускоренного движения.
Вскоре эксперименты и несложные вычисления позволили установить
величину постоянного ускорения свободного падения (g) на Земле, она
оказалась равна 9,8156 м/с2.
Направлено свободное падение всегда вниз. Но почему же тела падают
именно таким образом? История об открытии закона всемирного тяготения
известна всем: наблюдая за падением яблока с ветки, Ньютон сделал
интересный вывод, что сила Земли притягивает к себе все предметы, на
любом расстоянии.
И доказательством тому – спутник Земли Луна, которая притягивается
Землей и потому движется по орбите вокруг планеты. Однако и Луна
обладает силой притяжения, что вызывает на Земле приливы и отливы.
То, что силы, определяющие направление движения небесных тел и
вынуждающие тела падать, имеют одну природу, Ньютон смог сформулировать
только к концу 17 века.
Формула ускорения свободного падения
Доказательство своего закона всемирного тяготения Ньютон начал с
вычисления ускорения Луны относительно центра Земли. Ученый понимал, что
на эту величину влияет не только удаленность предметов друг от друга,
но и их масса. Таким образом, сила тяготения прямо пропорциональна массе
притягиваемого тела (второй закон Ньютона).
Также Ньютон пришел к выводу, что сила, удерживающая планеты на своих
орбитах (сила притяжения Солнца), уменьшается пропорционально их
расстоянию от Солнца в квадрате.
Суть закона всемирного тяготения заключается в следующем: каждая
частица Вселенной притягивает любую другую частицу с силой, обратно
пропорциональной расстоянию между ними в квадрате и прямо
пропорциональной произведению масс этих частиц.
На Луне и на других планетах сила тяжести, воздействующая на одно и
то же тело, будет неодинакова, зависит она напрямую от массы
космического тела. Например, ускорение g на Луне в несколько раз меньше,
чем на Земле.
Таким образом, зная массу планеты, можно вычислить ускорение свободного падения тела на этой планете.
Показатели g – ускорение свободного падения на Солнце и планетах солнечной системы:
Солнце: 274 м/c2
Меркурий: 3,7 м/c2
Венера: 8,9 м/c2
Земля: 9,8 м/c2
Луна: 1,62 м/c2
Марс: 3,7 м/c2
Юпитер: 25,8 м/c2
Сатурн: 11,3 м/c2
Уран: 9 м/c2
Нептун: 11,6 м/c2
Поделиться…