Gdy przestano wierzyć, że Ziemia jest płaska i leży na krokodylach, oraz gdy w końcu uwierzono Mikołajowi Kopernikowi, że Ziemia krąży wokół Słońca, a nie na odwrót, zastanawiano się, "jak to właściwie działa". Co wymusza ruch planet, oraz dlaczego one poruszają się po osi zamkniętej.
Odpowiedzi znalazł Izaak Newton, zastosował on do opisu ruchu ciał niebieskich zasady dynamiki (skądinąd swojego autorstwa). Zgodnie z II zasadą dynamiki, ciało o masie m porusza się po okręgu tylko wtedy, gdy działa na nie siła dośrodkowa o wartości
gdzie aR jest przyspieszeniem dośrodkowym ciała. Przyspieszenie dośrodkowe ciała poruszającego się z prędkością v po okręgu o promieniu r wynosi
Wobec tego siła FR, wymuszająca ruch planety o masie m wokół Słońca po orbicie kołowej z prędkością v, jest siłą dośrodkową skierowaną do środka Słońca o wartości równej
gdzie r jest odległością planety od środka Słońca (dla uproszczenia przyjmujemy, że planety poruszają się po okręgach, a nie po elipsach, co jest dobrym przybliżeniem dla większości planet).
A skąd pochodzą siły utrzymujące planety na ich orbitach? Z III zasady dynamiki wynika, że oddziaływania pomiędzy dwoma ciałami są wzajemne. Otóż Newton doszedł do wniosku, że Słońce i planeta oddziałują na siebie wzajemnie siłami przyciągania. Pod wpływem tych sił planeta i Słońce obracają się wokół wspólnego środka masy. Środek masy znajduje się bardzo blisko środka Słońca, którego masa jest wielokrotnie większa od masy Ziemi i innych planet. W bardzo dobrym przybliżeniu można więc przyjąć, że planety krążą wokół środka Słońca na skutek działania siły przyciągania Słońca.
Newton w swoim rozumowaniu poszedł dalej, uogólniając koncepcję przyciągania wzajemnego Słońca i planet na wszystkie ciała obdarzone masą. Rozumowanie to nazwał prawem powszechnego ciążenia:
Dwa punkty materialne o masach M i m przyciągają się wzajemnie siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.
Prawo to zapisujemy wzorem:
Współczynnik G to stała grawitacji, która zawsze wynosi
Stała G jest liczbowo równa sile wzajemnego przyciągania się dwóch jednakowych mas M = m = 1 kg z odległości r = 1 m, wtedy:
Ze względu na małą wartość stałej G, w życiu codziennym nie zauważamy wzajemnego przyciągania się otaczających nas ciał.
Siły wzajemnego przyciągania się mas nazywamy siłami grawitacji. Siły grawitacji (ciążenia) podobnie jak siły działające przy III zasadzie dynamiki są skierowane przeciwnie, ale mają ten sam kierunek i tę samą wartość.
Siły te działają wzdłuż prostej łączącej masy m i M i nie zależą od rodzaju ośrodka, w którym się te masy znajdują.Zobacz też: Jak wyznaczyć masę Ziemi? Jak wyznaczyć masę Słońca? Znalazłeś błąd w materiale? Skontaktuj się z nami, przysyłając adres strony, na której znajduje się błąd i informację o tym, czego dotyczy błąd.
