Поле тяготения

Силы тяготения, как мы знаем, действуют на расстоянии. Но действуют ли при этом тела друг на друга непосредственно или между ними существует материальная среда, через которую и передаются гравитационные действия? На этот вопрос закон тяготения ответа не даёт.

Ньютон, открывший закон тяготения, не считал возможным непосредственное действие тел на расстоянии.

Рассмотрим два примера действия друг на друга тел, находящихся на расстоянии, через материальную среду, чтобы отметить существенный признак такого действия.

Мы можем, например, открыть дверь, не касаясь ее непосредственно рукой, а потянув за конец верёвки, привязанной к ручке. В этом случае среда, через которую передаётся наше действие, - вещество, при этом в верёвке происходит процесс деформации, и для этого требуется время. Значит, действие передаётся через верёвку на дверь не мгновенно, а с конечной скоростью.

Другой пример. При запуске искусственных спутников ракетой-носителем управляют с Земли радиосигналы. И здесь связь осуществляется через материальную среду, но иного вида, чем вещество. Этот вид материи называют электромагнитным полем. Передача радиосигнала электромагнитным полем тоже происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Скорость распространения радиосигнала равна наибольшей возможной скорости - скорости света, которая в вакууме равна приблизительно 300 000 км/сек, или 3 · 1010 см/сек.

Таким образом, конечная скорость - существенный признак передачи действия через материальную среду.

Непосредственное же действие тел на расстоянии должно было бы происходить мгновенно, т. е. передаваться с бесконечно большой скоростью от одного тела к другому. Но это невозможно, так как наибольшая скорость в природе - скорость света в вакууме - конечна. Следовательно, и действие сил тяготения от одного тела к другому должно передаваться с конечной скоростью, т. е. через материальную среду. Такой средой является поле тяготения.

Рассмотрим вопрос о поле тяготения несколько подробнее.

Представим себе шаровую поверхность радиуса R, в центре которой находится материальная точка А с массой т1. Поместим где-нибудь на этой шаровой поверхности другую материальную точку В с массой т2. По закону тяготения сила F, действующая на каждую из этих точек, выразится формулой:

F = ? · (m1m2 : R2)

Нетрудно видеть, что величина этой силы не изменится, если точки А и В поменять местами.

Взаимное тяготение двух материальных точек можно представить так: точка В находится в поле тяготения точки A, и это поле действует на точку В с силой F12. В то же время точка А, находясь в поле тяготения точки В, испытывает с её стороны действие такой же по величине силы F21.

Обозначим ускорения точек А и В соответственно через g1 и g2.

На основе закона всемирного тяготения и второго закона Ньютона можно написать:

g1 = ? · (m2 : R2);  g2 = ? · (m1 : R2)

Эти равенства показывают, что ускорение, с каким движется одна материальная точка в поле тяготения другой под действием силы тяготения, не зависит от массы ускоряемой точки.

Значит, все тела, находясь в поле тяготения какого-либо тела на одинаковых расстояниях от центра тяготения, движутся под действием силы тяготения с одинаковым ускорением. Другими словами, g = ? · m/R2 есть величина постоянная для всех тел, находящихся на одинаковом расстоянии от центра тяготения. Эта постоянная величина может служить количественной характеристикой поля тяготения данного тела.

Как известно, заряженные тела могут притягиваться друг к другу и отталкиваться друг от друга. Значит, в электрическом поле наблюдаются и силы притяжения, и силы отталкивания.

В поле тяготения действуют только силы притяжения.

От действия сил электрического поля можно защититься, окружив себя, например, густой металлической сеткой. Но мы пока ещё не знаем, как можно защититься от действия сил тяготения. Учёные работают над этой проблемой.

НАУЧНЫЕ РАЗДЕЛЫ