Vzjomn silov psobenie Zeme a telesa je iba

Vzájomné silové pôsobenie Zeme a telesa je iba jedným z osobitných prípadov všeobecnej vlastnosti všetkých telies. Túto vlastnosť nazývame gravitácia. Veľkými príťažlivými gravitačnými silami vzájomne na seba pôsobia Zem a Mesiac, Slnko a Zem a ostatné planéty slnečnej sústavy.

Vzájomnú príťažlivosť telies študoval Isaac Newton. Na základe štúdia pohybu Mesiaca okolo Zeme a pohybu planét okolo Slnka sformuloval všeobecný gravitačný zákon. Je to jeden z najdôležitejších fyzikálnych zákonov.

Zákon : Dva hmotné body sa navzájom priťahujú rovnako veľkými gravitačnými silami, ale opačného smeru. Veľkosť gravitačnej sily Fg je priamo úmerná súčinu hmotností m 1, m 2 hmotných bodov a nepriamo úmerná druhej mocnine ich vzdialenosti r. Platí: Fg =  ------ kde  je gravitačná konštanta. Hodnota je 6. 67. 10 -11 N. m 2. kg-2. r 2

Uvedený vzťah pre Fg platí pre dva hmotné body alebo dve rovnorodé gule, ktorých stredy majú vzdialenosť r. Gravitačný zákon môžeme však použiť aj pre dve telesá, ktorých rozmery sú zanedbateľné vzhľadom na vzdialenosť medzi nimi, napr. pre dvojicu Zem-Mesiac, Slnko-Zem. Gravitačné pole existuje v okolí každého telesa. Zdrojom gravitačného poľa sú hmotné telesá. Prejavuje sa silovým pôsobením na iné hmotné telesá. Má hmotnú povahu. Je určitou formou hmoty, ktorá existuje nezávisle od nášho vedomia.

Silové pôsobenie gravitačného poľa v danom mieste poľa charakterizuje fyzikálna veličina intenzita gravitačného poľa K. Definujeme ju ako podiel gravitačnej sily Fg, ktorá pôsobí na teleso s hmotnosťou m v danom mieste poľa a hmotnosti m tohto telesa.

Teda : K = Fg / m, K je vektorová veličina. Má rovnaký smer ako gravitačná sila, ktorou gravitačné pole pôsobí v danom mieste na teleso. Jednotkou je N. kg-1. Gravitačné pole má v danom mieste poľa intenzitu 1 N. kg-1, keď gravitačné pole pôsobí v tomto mieste poľa na teleso s hmotnosťou 1 kg gravitačnou silou 1 N.

Z definície intenzity gravitačného poľa vyplýva vzťah Fg = m K. Podľa druhého pohybového zákona platí pre gravitačnú silu vzťah Fg = m. ag, kde ag je zrýchlenie, ktoré udeľuje telesu v danom mieste gravitačná sila Fg. Zrýchlenie ag sa nazýva gravitačné zrýchlenie.

Porovnaním vzťahov Fg = m K a Fg = m ag dostaneme vzťah K = ag Intenzita gravitačného poľa v danom mieste poľa sa rovná gravitačnému zrýchleniu. Veľkosť intenzity gravitačného poľa sa so zväčšujúcou vzdialenosťou od povrchu Zeme zmenšuje.

Na teleso s hmotnosťou m, ktoré je na povrchu Zeme pôsobia dve sily: gravitačná sila Fg, ktorá smeruje do stredu Zeme a odstredivá sila Fo, ktorá je kolmá na rotačnú os. V neinerciálnej sústave, ktorá je spojená so Zemou, pôsobí teda na teleso s hmotnosťou m výslednica gravitačnej sily Fg a zotrvačnej odstredivej sily Fo. Nazýva sa tiažová sila FG FG = Fg + Fo.

Pôsobením tiažovej sily koná voľne spustené teleso vo vákuu voľný pád so zrýchlením g. Toto zrýchlenie sa nazýva tiažové zrýchlenie. FG = m g. Smer tiažovej sily FG a smer tiažového zrýchlenia g sa volá zvislý smer a určíme ho podľa smeru napnutej nite voľne zavesenej olovnice. A čo nám spôsobuje gravitácia v praxi ?

Priestor okolo Zeme, v ktorom sa prejavujú účinky tiažovej sily, volá sa aj tiažové pole. Keďže veľkosť zotrvačnej odstredivej sily Fo sa mení so zemepisnou šírkou polohy telesa na povrchu Zeme (najväčšia je na rovníku, nulová na zemepisných póloch), mení sa so zemepisnou šírkou i veľkosť tiažovej sily FG a tiažového zrýchlenia g.

Okrem pojmu tiažová sila používame aj pojem tiaž telesa. Je to sila, ktorá má pôvod v tiažovom poli Zeme. Tiaž telesa sa prejavuje napr. ako tlaková sila, ktorou pôsobí teleso na nehybnú vodorovnú podložku, alebo ako ťažná sila, ktorou pôsobí teleso na nehybný zvislý záves.

Pôsobisko tiažovej sily leží v ťažisku telesa. Keď sa prejavuje účinok tiaže telesa na podložku alebo na záves, teleso je v stave tiaže. Ak sa tento účinok neprejavuje, hovoríme o beztiažovom stave.

Pre gravitačnú silu, podobne ako pre tiažovú platí že práca, ktorú vykonajú gravitačné sily medzi bodmi A a B, nezávisí od trajektórie, po ktorej sa teleso pohybuje, ale iba od začiatočnej a konečnej výšky telesa vzhľadom na Zem. Za predpokladu, že gravitačné pole je homogénne (K = konštanta) vzťah Ep = m. K. h určuje gravitačnú potenciálnu energiu telesa s hmotnosťou m vo výške h na Zemou.

Gravitačná potenciálna energia telesa s hmotnosťou m v istom mieste gravitačného poľa je určená prácou, ktorú vykoná gravitačná sila pri premiestnení tohto telesa z daného miesta na povrch Zeme (nezávisle od trajektórie). Platí Ep = W.