2 TĚLESA PŮSOBÍ NA JINÁ TĚLESA NA DÁLKU

Gravitace

Na rozdíl od magnetické síly, gravitační síly jsou vždy přítažlivé a  existují mezi všemi objekty, podléhá jim veškerá hmota bez výjimky, dokonce i světlo. Gravitační síla působí na objekty a materiály neustále. Když například parašutista nasedne do letadla, které ho vynese do výšky a odtamtud vyskočí, vliv gravitace se zviditelní hlavně při seskoku z  letadla, ale na parašutistu působí v  každém momentě. Gravitační síly nezávisí od vlastností prostředí, podobně jako při magnetickém působení, ani zde není možné překážkami „zeslabit“, či „zastínit“ jejich působení. Gravitační síly způsobují například přitažlivost Země a jiných vesmírných těles, udržují planety na oběžných drahách okolo Slunce; Měsíc a umělé družice na oběžné dráze okolo Země.

Newton a gravitace

Jako první se zkoumáním gravitačních sil vážněji zabýval Isaac Newton. Síla, která nutí těleso padat svisle k  Zemi je totožná se silou, která nutí obíhat planety po oběžných drahách okolo Slunce a  Měsíc okolo Země. Na základě této myšlenky a  dalších výpočtů, ve kterých Newton použil už tehdy známé Keplerovy rovnice vyplynula formulace tzv. Newtonova gravitačního zákona, podle kterého jsou dvě tělesa vzájemně přitahována silou (gravitační), která je tím větší, čím větší je součin hmotností obou těles (přímo úměrná hmotnosti obou těles) a tím větší, čím menší je mezi nimi vzdálenost (nepřímo úměrná vzájemné vzdálenosti dvou těles).

Například Země a  Měsíc na sebe působí intenzivněji než Země a  např. Jupiter, protože Země a Měsíc jsou k sobě mnohem blíž. Kromě toho, Země působí větší přitažlivou silou, protože je těžší než Měsíc, to můžeme pozorovat například porovnáním působení gravitace na Zemi a na Měsíci. Na Měsíci jsou astronauti přitahování k povrchu mnohem menší přitažlivou silou v porovnání se Zemí.

Tělesa se při takovémto silovém působení nemusí dotýkat – gravitační síla působí na dálku – okolo každého hmotného tělesa se nachází gravitační pole. Gravitace je také takzvaně daleko-dosahová, což znamená, že dva hmotné objekty na sebe gravitačně působí, ať už jsou libovolně daleko.Velikost této síly sice se vzdáleností klesá, avšak i  dva objekty na „opačných stranách vesmíru“ na sebe alespoň minimálně gravitačně působí. Samotnou gravitaci necítíme, vnímáme ji spíše tehdy, když ji chceme překonat například skákáním, létáním, zastavováním pádu.

Volný pád

Za volný pád považujeme takový pohyb, při kterém je těleso puštěné z určité výšky nad zemským povrchem. Rychlost volného pádu tělesa nezávisí od jeho hmotnosti. To znamená, že tělesa s  různou hmotností puštěné ze stejné výšky by měla dopadnout na zem ve stejném čase, jelikož zrychlování těchto těles působením gravitační síly není závislé od hmotnosti těles. Na padající předměty však výrazným způsobem na Zemi působí atmosféra, proto je možné stejné zrychlení při pádu dvou těles s různou hmotností pozorovat jen v prostředí vakua.

Představa, že těžší tělesa padají k zemi rychleji patří do poměrně starého Aristotelovského vnímání gravitačních sil. Toto pojetí bylo překonáno na základě experimentů, které uskutečnil Galileo Galilei. Zkoumáním pohybu těles jejich pouštěním ze šikmé věže v Pise dokázal, že rychlost těles padajících volným pádem téměř nezávisí od jejich hmotnosti. Jeho výzkumná otázka zněla: Když osoba z věže shodí v tom stejném čase 10 a 5 kilovou kouli, která první spadne na zem? Bude gravitace působit více na 10 kilovou kouli? I po opakovaných pozorováních dopadly obě koule na zem téměř ve stejném čase.

Je důležité si uvědomit, že i velikost a tvar předmětů může ovlivnit rychlost pádu, pokud se pozorování realizuje v  přirozených podmínkách za přítomnosti atmosféry(vzduchu). Odpor vzduchu významným způsobem zpomaluje pád předmětů.Například když vezmeme dva stejně velké kusy papíru a jeden z nich skrčíme do koule a najednou je pustíme ze stejné výšky, jednoznačně dopadne dříve papírová koule. Ne však proto, že by na tyto dva předměty působila gravitace Země jinou silou, ale kvůli odporu vzduchu, který je všudypřítomný. Kdyby okolo nás nebyl vzduch, veškeré předměty by padaly dolů stejnou rychlostí. Vzduch však pád předmětů brzdí a to tím víc, čím větší je povrch předmětu. Na tomto principu funguje padák. Gravitační síla sice přitahuje padák k zemi, ale pod kupolí padáku se hromadí vzduch, který ho brzdí a zpomaluje jeho pád.

V mnohých případech pozorování pádu předmětů v přirozených podmínkách je dokonce potřeba brát do úvahy i vítr, například i v případě postupu, který použil Galileo Galilei při vyvracení Aristotelovy hypotézy o různém působení přitažlivé síly Země na různě těžké předměty.

Hmotnost, hmota a tíha

Při precizním uchopení působení gravitační síly na objekty a materiály je důležité si uvědomit rozdíl mezi hmotností, hmotou a tíhou. Zatímco hmota představuje množství látky, kterým jsou materiály a  objekty tvořeny, hmotnost je v  podstatě výsledkem působení přitažlivé gravitační síly na hmotu a vyjadřuje se v gramech. Tíha je tlaková síla, kterou těleso nacházející se v gravitačním poli působí na podložku a vyjadřuje se v newtonech.Těleso má tíhu, pokud je ve stavu rovnováhy mezi dvěma silami, gravitací tlačící dolů a opačnou silou, působící od Země, tlačící nahoru (např. odstředivá síla způsobená rotací Země okolo své osy; proto je na rovníku menší tíha než na pólech).

Hmota našeho těla se nemění, pokud cestujeme z planety na planetu, avšak naše hmotnost bude záviset na tom, jaká přítažlivá síla bude na naše tělo působit na jednotlivých planetách. Úměrně hmotnosti se mění i  tíha. Takže například Měsíc je v  porovnání se Zemí menší (má méně hmoty), působí tedy na okolí menší gravitační silou, proto na něm předměty váží méně než na Zemi. I navzdory menšímu gravitačnímu působení je stále možné vnímat vliv gravitační síly Měsíce také na Zemi.

Působení gravitační síly Měsíce na příliv a odliv

Pokud pozorujeme astronauty, jak se vznáší v jejich kosmické lodi po dobu obíhání okolo Země, nepochybujeme, že jsou v beztížném stavu (resp. tíha je minimální, nikdy není úplně nulová). Ale nejsou ve stavu bez působení sil, protože kosmická loď se pohybuje v gravitačním poli Země. Pro obvyklé oběžné dráhy je intenzita gravitačního pole skoro stejná jako na povrchu Země, avšak vliv odstředivé síly Země způsobený její rotací se zmenšuje.

Působení gravitační síly Měsíce na Zem je nejjednodušeji pozorovatelné při přílivu a odlivu. Příliv a odliv představují zvyšování a snižování vodní hladiny moří a oceánů, které pozorujeme na jejich březích.Příliv nastává tehdy, když se Měsíc nachází na přilehlé straně Země a  působí intenzivně na obrovské masy vody v  mořích a  oceánech; odliv se děje tehdy, když se Měsíc nachází na opačné straně Země a  jeho gravitační působení se projevuje na opačné straně Země. V menší míře se gravitační působení Měsíce projevuje i na jezerech, řekách a také na pevnině. Na závěr je důležité upozornit, že zatím neexistuje ustálená vědecká teorie o tom, co způsobuje existenci gravitační síly.