Поле тяготения. Напряженность гравитационного поля

Закон всемирного тяготения, устанавливая зависимость силы тяготения от масс взаимодействующих тел и расстояния между ними, не даёт ответа на вопрос о том, как осуществляется это взаимодействие.

Тяготение (гравитационное взаимодействие), в отличие от таких механических взаимодействий, как удар, трение и т. д., принадлежит к особой группе взаимодействий. Оно проявляется между телами, уда- ленными друг от друга. Причем сила тяготения не зависит от того, в какой среде эти тела находятся. Тяготение существует и в вакууме.

Гравитационное взаимодействие между телами осуществляется с помощью поля тяготения (гравитационного поля).

Физики до XIX века считали, что абсолютно пустого пространства не существует, что все заполнено какой-то средой, например мировым эфиром, через который и осуществляется взаимодействие. Однако к XX веку выяснилось, что нет никакого эфира, через который якобы передается взаимодействие. Современная физика утверждает, что силовые взаимодействия осуществляются полями, то есть тело 1 возбуждает в окружающем пространстве силовое поле, которое в месте нахождения тела 2 проявляется в виде действующих на него сил. В свою очередь тело 2 возбуждает аналогичное силовое поле, действующее на тело 1.

Поле - это объективная реальность, посредством которой передаётся взаимодействие. Поле, наряду с веществом, является одним из видов материи.

Итак, гравитационное поле порождается телами и, так же, как вещество и другие физические поля (например, электромагнитное), является одной из форм материи.

Основное свойство поля тяготения, которое отличает его от других полей, состоит в том, что на любую материальную точку массой т, внесенную в это поле, действует сила притяжения F, пропорциональная т: F = т<3. Отсюда:

где G - вектор, названный напряженностью поля тяготения.

Вектор напряженности G численно равен силе, действующей со стороны поля на материальную точку единичной массы, и совпадает с этой силой по направлению.

Вектор напряженности является силовой характеристикой гравитационного поля и изменяется при переходе от одной точки поля к другой.

Поле тяготения является центральным и сферически симметричным.

Отметим, что поле называется центральным, если во всех его точках векторы напряжённости направлены вдоль прямых, которые пересекаются в одной и той же точке О, неподвижной относительно какой-либо инерциальной системы отсчета. Точка О называется центром сил.

Центральное поле называют сферически симметричным, если численное значение вектора напряженности зависит только от расстояния г до центра сил О: G = G{r).

При наложении нескольких полей тяготения напряженность результирующего поля в каждой его точке равна векторной сумме напряженностей всех этих полей:

Этот принцип вытекает из принципа независимости действия сил и называется, как мы отмечали, принципом суперпозиции (наложения полей).