Gravitatsioonijõud on üks neljast peamisest jõudude liigist, mis avalduvad kogu oma mitmekesisuses erinevate kehade vahel nii Maal kui ka väljaspool. Lisaks neile eristatakse ka elektromagnetilist, nõrka ja tuuma (tugevat). Tõenäoliselt mõistis inimkond kõigepe alt nende olemasolu. Maa külgetõmbejõud on tuntud juba iidsetest aegadest. Möödusid aga terved sajandid, enne kui inimene aimas, et selline vastastikmõju ei toimu mitte ainult Maa ja mis tahes keha, vaid ka erinevate objektide vahel. Esimesena mõistis gravitatsioonijõudude toimimist inglise füüsik I. Newton. Tema oli see, kes tuletas välja praeguseks tuntud universaalse gravitatsiooniseaduse.
Gravitatsioonijõu valem
Newton otsustas analüüsida seadusi, mille järgi planeedid süsteemis liiguvad. Selle tulemusena jõudis ta järeldusele, et taevase pöörleminePäikese ümber olevad kehad on võimalikud ainult siis, kui selle ja planeetide endi vahel toimivad gravitatsioonijõud. Mõistes, et taevakehad erinevad teistest objektidest ainult oma suuruse ja massi poolest, tuletas teadlane järgmise valemi:
F=f x (m1 x m2) / r2, kus:
- m1, m2 on kahe keha massid;
- r – nende vaheline kaugus sirgjoonel;
- f on gravitatsioonikonstant, mille väärtus on 6,668 x 10-8 cm3/g x sec 2.
Seega võib väita, et mis tahes kaks objekti tõmbavad teineteise poole. Gravitatsioonijõu töö oma suuruses on võrdeline nende kehade massiga ja pöördvõrdeline nendevahelise kaugusega ruudus.
Valemi rakendamise omadused
Esmapilgul tundub, et külgetõmbeseaduse matemaatilise kirjelduse kasutamine on üsna lihtne. Kui aga järele mõelda, on see valem mõttekas ainult kahe massi puhul, mille mõõtmed on nendevahelise kaugusega võrreldes tühised. Ja nii palju, et neid saab võtta kahe punkti eest. Aga mis siis, kui vahemaa on võrreldav kehade suurusega ja need ise on ebakorrapärase kujuga? Jagage need osadeks, määrake nendevahelised gravitatsioonijõud ja arvutage resultant? Kui jah, siis mitu punkti tuleks arvutamiseks võtta? Nagu näete, pole see nii lihtne.
Ja kui arvestada (matemaatika seisukoh alt), et punktei oma mõõtmeid, siis tundub see olukord täiesti lootusetu. Õnneks on teadlased sel juhul välja mõelnud viisi, kuidas arvutusi teha. Nad kasutavad integraal- ja diferentsiaalarvutuse aparatuuri. Meetodi olemus seisneb selles, et objekt jagatakse lõpmatuks arvuks väikesteks kuubikuteks, mille massid on koondunud nende keskpunktidesse. Seejärel koostatakse resultantjõu leidmiseks valem ja rakendatakse piirsiire, mille abil vähendatakse iga koostiselemendi ruumala punktini (null) ning selliste elementide arv kipub lõpmatuseni. Tänu sellele tehnikale tehti mõned olulised järeldused.
- Kui keha on pall (kera), mille tihedus on ühtlane, siis tõmbab see mis tahes muu objekti enda poole, nagu oleks kogu selle mass koondunud selle keskele. Seetõttu saab seda järeldust teatud veaga rakendada ka planeetide kohta.
- Kui objekti tihedust iseloomustab keskne sfääriline sümmeetria, suhtleb see teiste objektidega nii, nagu oleks kogu selle mass sümmeetriapunktis. Seega, kui võtta õõnespall (näiteks jalgpallipall) või mitu üksteise sisse pesatud palli (nagu matrjoškad), siis tõmbavad need oma kogumassiga ligi teisi kehasid samamoodi nagu materiaalne punkt. ja asub kesklinnas.
