A gravitáció

Gravitáció

A gravitáció (más néven tömegvonzás) két, tömeggel rendelkező test között fellépő vonzóerő. A két test lehet két porszem is, de akár két csillag is. A tömegvonzás nagyságára vonatkozó törvényt Newton határozta meg először 1687-ben.
A gravitáció okozza azt hogy a Földön a testek a Föld középpontja fele esnek; a Hold a Föld körül, a Föld a Nap körül kering és hogy a Napot nem veti szét a saját sugárzása.
A szabadon eső testek gyorsulását, a nehézségi gyorsulást a Földet körülvevő gravitációs mező okozza. A gravitációs mező által a testekre kifejtett erőhatás jellemzője a nehézségi erő, melynek iránya függőlegesen a Föld középpontja felé mutat. A nehézségi erő nagysága egyenesen arányos a test tömegével: Fneh. /m=állandó=g. Az arányossági tényező neve nehézségi gyorsulás. A nehézségi gyorsulás vektormennyiség, jele g, mértékegysége m/s2. Az előbbi összefüggést átrendezve megkapjuk a nehézségi erő törvényét: Fneh. =m×g.
A gravitációs mező a Föld középpontjától távolodva gyengül, ezért a nehézségi gyorsulás nagysága a Földtől távolodva egyre csökken. Magyarországon a nehézségi gyorsulás nagysága tengerszinten megközelítőleg 9,81 m/s2, 100 km tengerszint feletti magasságnál már csak 9,5 m/s2. Mivel a Föld forog a tengelye körül, ezért a nehézségi gyorsulás értéke a földrajzi helytől is függ. Ha a Föld felszínén az Egyenlítőtől a sarkok fele haladunk, akkor a nehézségi gyorsulás értéke egyre nagyobb lesz. Ezek a különbségek a nehézségi gyorsulás értékében azonban nem nagyon számottevőek. A legtöbb esetben a feladatok megoldásánál a nehézségi gyorsulás értékét 10 m/s2-ra kerekíthetjük.

Az 1500-as évek végén mindenki biztos volt abban, hogy a nehéz testek a könnyebbeknél gyorsabban esnek. Az ókor óta így vélték, hiszen nem kisebb tekintély, mint Arisztotelész állapította meg. A jól ismert anekdota szerint Galilei, aki akkor a pisai egyetemen működött, két, különböző súlyú testet dobott le a toronyból, és azt tapasztalta, hogy azok egy időben, egyszerre értek földet. Kísérlettel, vizsgálattal cáfolta meg Arisztotelészt, példát mutatott arra, hogy egy természettudományos kérdés tisztázásánál ne valamilyen tekintélytől, hanem a természettől várjuk a választ.
A leeső test mozgásának okát elsőként Sir Isaac Newton azonosította egy erővel, amely a testre hat, és amelyet „univerzális gravitációs kölcsönhatás”- ként írt le. A később többek által kiegészített elmélet szerint két, tömeggel rendelkező test egymásra vonzerőt fejt ki, ez az erő a két test tömegközéppontját összekötő egyenesen helyezkedik el, és mindkét test tömegével arányos, ugyanakkor a testeket egymástól távolítva csökken. A gravitációs erő egyetlen feltétele és oka a testek tömege. Minden test, anyagi összetételétől, halmazállapotától, hőmérsékletétől függetlenül folyamatosan kifejti a tömegéből eredő vonzerőt. Az erő bármilyen távolságból hat, bár a távolsággal gyengül, és a gravitációs erő el nem téríthető és nem árnyékolható.
A gravitáció jelenségeinek szabályai szerint minden tömegnek van gravitációs hatása. Nagy tömegek, égitestek tömegvonzásának következményei az égbolton jól láthatóak, de sokkal kisebb tömegek vonzereje is megmérhető, különlegesen érzékeny eszközökkel.
Bármely két test között gravitációs kölcsönhatást tapasztalhatunk. A két pontszerű test között ható gravitációs erő nagysága egyenesen arányos a testek tömegével és fordítottan arányos a közöttük levő távolság négyzetével. Ez az összefüggés a Newton- féle gravitációs erőtörvény ahol f a gravitációs állandó, m1 és m2 a két test tömege, r pedig a közöttük levő távolság Fg=f× m1×m2/ r2