Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

1.4.1 Νόμος της παγκόσμιας έλξης. Πεδίο βαρύτητας

α) Η βαρυτική δύναμη

Παρατηρώντας τη Σελήνη να διαγράφει την τροχιά της στον ουρανό, πόσοι άραγε από εμάς δεν έχουμε αναρωτηθεί, ποια να είναι η αιτία που εμποδίζει την πτώση της στη Γη; Πόσες γενιές ανθρώπων δεν προβλημάτισε το γεγονός πως αντίθετα με τη Σελήνη και τα άστρα που παραμένουν στον ουρανό, κάθε άλλο ελεύθερο αντικείμενο πέφτει “προς τα κάτω”; Πόσοι από εμάς δεν έτυχε με απορία και αμηχανία να παρατηρούμε τη θάλασσα να καλύπτει μεγάλα τμήματα μίας παραλίας ή τη στάθμη της να ανεβοκατεβαίνει; Αυτά τα ερωτήματα, αλλά και αρκετά άλλα, βρήκαν την τελική τους απάντηση όταν ο Νεύτωνας διατύπωσε το νόμο της παγκόσμιας έλξης. Σύμφωνα με αυτόν, κάθε σωμάτιο μάζας m1 που βρίσκεται σε απόσταση R από ένα άλλο σωμάτιο μάζας m2, οπουδήποτε στο Σύμπαν, έλκει το δεύτερο αλλά και έλκεται από αυτό με δύναμη που είναι ανάλογη του γινομένου των δύο μαζών και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης. Δηλαδή: [pic] (1.4.1) Στη σχέση αυτή, το G είναι μία σταθερά γνωστή ως σταθερά της παγκόσμιας έλξης, που η τιμή της οπουδήποτε στο σύμπαν είναι: G=6,67.10-11 Nm2kg-2. Οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μαζών λέγονται συνήθως βαρυτικές έλξεις ή απλά βαρυτικές δυνάμεις και έχουν μεταξύ τους σχέση δράσης – αντίδρασης (Εικ. 1.4.1).

Ένας μαθητής πιστεύει, ότι οι δυνάμεις βαρύτητας στη γη είναι διαφορετικές από τις δυνάμεις βαρύτητας που ασκούνται μεταξύ των ουρανίων σωμάτων. Ένας συμμαθητής του αντίθετα, ισχυρίζεται, ότι δεν υπάρχουν βαρυτικές δυνάμεις στο διάστημα. Ποια είναι η δική σας άποψη;

Οι βαρυτικές δυνάμεις με τις οποίες αλληλεπιδρούν τα δύο σωμάτια είναι αντίθετες.

Μολονότι οι βαρυτικές έλξεις μεταξύ των σωμάτων υπάρχουν πάντα ανεξάρτητα από το σχήμα των σωμάτων, το μέγεθός τους ή την μεταξύ τους απόσταση, ο υπολογισμός τους με την απλή εφαρμογή της σχέσης (1.4.1), μπορεί να γίνει μόνο αν πρόκειται για σωμάτια ή ομογενή σφαιρικά σώματα. Στην περίπτωση αυτή, ως απόσταση R θεωρούμε την απόσταση των κέντρων των σωμάτων. Η βαρυτική έλξη είναι ίδια, ανεξάρτητα από το υλικό που παρεμβάλλεται μεταξύ των σωμάτων. Με άλλα λόγια, η βαρυτική έλξη “γεφυρώνει” το χώρο ανάμεσα στα σώματα και κάνει στο ένα αισθητή την παρουσία του άλλου. Η βαρυτική δύναμη που ασκεί ένα σώμα, για παράδειγμα η Γη, σε οποιοδήποτε άλλο, δε μηδενίζεται ποτέ, όσο μακριά και αν βρίσκεται το σώμα από τη Γη. Ακόμη και αν μπορούσαμε να μεταφερθούμε στην άκρη του σύμπαντος, η βαρυτική έλξη της μάζας του βράχου της Ακρόπολης θα μας ακολουθούσε ως εκεί. Ο Νομπελίστας Paul Dirac χαριτολογώντας για την ιδιότητα αυτή της βαρύτητας είπε: “Κόβεις ένα λουλούδι στη Γη και κινείς έτσι το πιο μακρινό άστρο”.