2 TELESÁ PÔSOBIA NA INÉ TELESÁ NA DIAĽKU

Gravitácia

Na rozdiel od magnetickej sily, gravitačné sily sú vždy príťažlivé a existujú medzi všetkými objektmi, podlieha im všetka hmota bez výnimky, dokonca aj svetlo. Gravitačná sila pôsobí na objekty a materiály neustále.Ak napríklad parašutista nasadne do lietadla, ktoré ho vynesie do výšky a z tadiaľ vyskočí, vplyv gravitácie sa zviditeľní najmä pri zoskoku z lietadla, ale na parašutistu pôsobí v každom momente. Gravitačné sily nezávisia od vlastností prostredia,podobne ako pri magnetickom pôsobení, ani tu nie je možné prekážkami „zoslabiť“, či „zatieniť“ ich pôsobenie. Gravitačné sily spôsobujú napríklad príťažlivosť Zeme a iných vesmírnych telies, udržiavajú planéty na obežných dráhach okolo Slnka; Mesiac a umelé družice na obežnej dráhe okolo Zeme.

Newton a gravitácia

Ako prvý sa skúmaním gravitačných síl vážnejšie zaoberal Isaac Newton. Sila nútiaca teleso padať zvislo k Zemi je totožná so silou, ktorá núti obiehať planéty po obežných dráhach okolo Slnka, aj Mesiac okolo Zeme.Na základe tejto myšlienky a ďalších výpočtov, v ktorých Newton použil už vtedy známe Keplerove rovnice vyplynula formulácia tzv. Newtonovho gravitačného zákona, podľa ktorého dve telesá sú vzájomne priťahované silou (gravitačnou), ktorá je tým väčšia, čím väčší je súčin hmotnosti oboch telies (priamo úmerná hmotnosti oboch telies) a tým väčšia, čím menšia je medzi nimi vzdialenosť (nepriamo úmerná vzájomnej vzdialenosti dvoch telies).

Napríklad Zem a Mesiac na seba pôsobia intenzívnejšie ako Zem a napr. Jupiter, a to preto, lebo Zem a Mesiac sú k sebe oveľa bližšie. Okrem toho, Zem pôsobí väčšou príťažlivou silou, pretože je ťažšia ako Mesiac, to môžeme pozorovať napríklad porovnaním pôsobenia gravitácie na Zemi a na Mesiaci. Na Mesiaci sú astronauti priťahovaní k povrchu oveľa menšou príťažlivou silou v porovnaní so Zemou.

Telesá sa pri takomto silovom pôsobení nemusia dotýkať – gravitačná sila pôsobí na diaľku – okolo každého hmotného telesa sa nachádza gravitačné pole. Gravitácia je tiež takzvane ďaleko-dosahová, čo znamená, že dva hmotné objekty na seba gravitačne pôsobia, nech sú ľubovoľne ďaleko. Veľkosť tejto sily síce so vzdialenosťou klesá, avšak aj dva objekty na „opačných stranách vesmíru“ na seba aspoň minimálne gravitačne pôsobia. Samotnú gravitáciu necítime, vnímame ju skôr vtedy, keď ju chceme prekonať napríklad skákaním, lietaním, zastavovaním pádu.

Voľný pád

Za voľný pád považujeme taký pohyb, pri ktorom je teleso pustené z určitej výšky nad zemským povrchom.Rýchlosť voľného pádu telesa nezávisí od jeho hmotnosti. To znamená, že telesá s rôznou hmotnosťou spustené z rovnakej výšky by mali dopadnúť na zem v rovnakom čase, keďže zrýchľovanie týchto telies pôsobením gravitačnej sily nie je závislé od hmotnosti telies. Na padajúce predmety však výrazným spôsobom na Zemi pôsobí atmosféra, preto je možné rovnaké zrýchlenie pri páde dvoch telies s rôznou hmotnosťou pozorovať len v prostredí vákua.

Predstava, že ťažšie telesá padajú k zemi rýchlejšie patrí do pomerne starého Aristotelovského vnímania gravitačných síl. Toto ponímanie bolo prekonané na základe experimentov, ktoré uskutočnil Galileo Galilei. Skúmaním pohybu telies ich spúšťaním zo šikmej veže v Pise dokázal, že rýchlosť telies padajúcich voľným pádom takmer nezávisí od ich hmotnosti. Jeho výskumná otázka znela: Ak osoba z veže zhodí v tom istom čase 10 a 5 kilovú guľu, ktorá prvá spadne na zem? Bude gravitácia pôsobiť viac na 10 kilovú guľu? Aj po opakovaných pozorovaniach dopadli obe gule na zem takmer v rovnakom čase.

Je dôležité si uvedomiť, že aj veľkosť a tvar predmetov môže ovplyvniť rýchlosť pádu, ak sa pozorovanie realizuje v prirodzených podmienkach za prítomnosti atmosféry(vzduchu). Odpor vzduchu významným spôsobom spomaľuje pád predmetov. Napríklad ak vezmeme dva rovnako veľké kusy papiera a jeden z nich skrčíme do gule a naraz pustíme z rovnakej výšky, jednoznačne dopadne skôr papierová guľa. Nie však preto, že by na tieto dva predmety pôsobila gravitácia Zeme inou silou, ale pre odpor vzduchu, ktorý je všadeprítomný. Keby okolo nás nebol vzduch, všetky predmety by padali dole rovnakou rýchlosťou. Vzduch však pád predmetov brzdí a to tým viac, čím väčší je povrch predmetu. Na tomto princípe funguje padák. Gravitačná sila síce priťahuje padák k zemi, ale pod kupolou padáka sa hromadí vzduch, ktorý ho brzdí a spomaľuje jeho pád.

V mnohých prípadoch pozorovania pádu predmetov v prirodzených podmienkach je dokonca potrebné brať do úvahy aj vietor, napríklad aj v prípade postupu, ktorý použil Galileo Galilei pri vyvracaní Aristotelovej tézy o rôznom pôsobení príťažlivej sily Zeme na rôzne ťažké predmety.

Hmotnosť, hmota a tiaž

Pri precíznom uchopení pôsobenia gravitačnej sily na objekty a materiály je dôležité uvedomiť si rozdiel medzi hmotnosťou, hmotou a tiažou. Kým hmota predstavuje množstvo látky, ktorým sú materiály a objekty tvorené, hmotnosť je v podstate výsledkom pôsobenia príťažlivej gravitačnej sily na hmotu a vyjadruje sa v gramoch. Tiaž je tlaková sila, ktorou teleso nachádzajúce sa v gravitačnom poli pôsobí na podložku a vyjadruje sa v newtonoch.Teleso má tiaž, ak je v stave rovnováhy medzi dvoma silami, gravitáciou tlačiacou dole a opačnou silou, pôsobiacou od Zeme, tlačiacou nahor (napr. odstredivá sila spôsobená rotáciou Zeme okolo svojej osi; preto je na rovníku menšia tiaž ako na póloch).

Hmota nášho tela sa nemení, ak cestujeme z planéty na planétu, ale naša hmotnosť bude závisieť od toho, aká príťažlivá sila na naše telo bude pôsobiť na tej-ktorej planéte. Úmerne hmotnosti sa mení aj tiaž. Takže napríklad Mesiac je v porovnaní so Zemou menší (má menej hmoty), pôsobí teda na okolie menšou gravitačnou silou, preto na ňom predmety vážia menej ako na Zemi. Aj napriek menšiemu gravitačnému pôsobeniu je stále možné aj na Zemi vnímať vplyv gravitačnej sily Mesiaca.

Pôsobenie gravitačnej sily Mesiaca na príliv a odliv

Ak pozorujeme astronautov, ako sa vznášajú v ich kozmickej lodi počas obiehania okolo Zeme, nepochybujeme, že sú v beztiažovom stave (resp. tiaž je minimálna, nikdy nie je úplne nulová). Ale nie sú v stave bez pôsobenia síl, pretože kozmická loď sa pohybuje v gravitačnom poli Zeme. Pre obvyklé obežné dráhy je intenzita gravitačného poľa skoro rovnaká ako na povrchu Zeme, ale vplyv odstredivej sily Zeme spôsobenej jej rotáciou sa zmenšuje. Pôsobenie gravitačnej sily Mesiaca na Zem je najjednoduchšie pozorovateľné na prílive a odlive. Príliv a odliv predstavujú zvyšovanie a znižovanie vodnej hladiny morí a oceánov, ktoré pozorujeme na ich brehoch. Príliv je vtedy, keď sa Mesiac nachádza na priľahlej strane Zeme a pôsobí intenzívne na obrovské masy vody v moriach a oceánoch; odliv sa deje vtedy, keď sa Mesiac nachádza na opačnej strane Zeme a jeho gravitačné pôsobenie sa prejavuje na opačnej strane Zeme. V menšej miere sa gravitačné pôsobenie Mesiaca prejavuje aj na jazerách, riekach a tiež na pevnine. Na záver je dôležité upozorniť, že zatiaľ neexistuje ustálená vedecká teória o tom, čo spôsobuje existenciu gravitačnej sily.