Co to jest stała grawitacji?

Stała grawitacji, oznaczana symbolem 𝐺, jest fundamentalną stałą fizyczną, która odgrywa kluczową rolę w prawie powszechnego ciążenia Newtona. Prawo to opisuje siłę przyciągania grawitacyjnego między dwoma masami. Stała grawitacji umożliwia nam obliczenie tej siły.

Wartość stałej grawitacji

Wartość stałej grawitacji wynosi:

Prawo powszechnego ciążenia Newtona

Prawo powszechnego ciążenia Newtona opisuje siłę przyciągania grawitacyjnego między dwoma punktowymi masami. Można je zapisać jako:

Gdzie:

• 𝐹 to siła grawitacji,
• 𝐺 to stała grawitacji,
• 𝑚₁ i 𝑚₂​ to masy obu ciał,
• 𝑟 to odległość między środkami mas obu ciał.

Zastosowanie stałej grawitacji

Stała grawitacji znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach fizyki i astronomii, w tym w:

1. Obliczaniu siły grawitacyjnej:
   • Siła przyciągania między Ziemią a dowolnym obiektem na jej powierzchni.
2. Wyznaczaniu masy planet i gwiazd:
   • Obliczanie masy Ziemi, Słońca i innych ciał niebieskich na podstawie ruchu ich satelitów.
3. Analizie orbit planetarnych:
   • Badanie ruchów planet, księżyców i sztucznych satelitów.

Przykładowe zadanie

Obliczmy siłę przyciągania grawitacyjnego między Ziemią a Księżycem. Załóżmy, że:

• Masa Ziemi 𝑚₁=5.972×10²⁴ kg,
• Masa Księżyca 𝑚₂=7.348×10²² kg,
• Odległość między Ziemią a Księżycem 𝑟=3.844×10⁸ m.

Podstawmy te wartości do wzoru Newtona:

Stała grawitacji w równaniach Einsteina

Stała grawitacji jest również kluczowym elementem w ogólnej teorii względności Einsteina. Opisuje ona grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni przez masę i energię. Równanie pola Einsteina, które opisuje to zjawisko, można zapisać jako:

Gdzie:

• 𝑅_𝜇𝜈 to tensor Ricciego,
• 𝑅 to skalar krzywizny,
• 𝑔_𝜇𝜈​ to metryka czasoprzestrzeni,
• Λ to stała kosmologiczna,
• 𝑐 to prędkość światła,
• 𝑇_𝜇𝜈 to tensor energii-pędu.

Sprawdź nasze wyjątkowe lekcje indywidualne!

Znaczenie stałej grawitacji

Stała grawitacji jest fundamentalnym elementem, który pozwala nam zrozumieć i opisać siły grawitacyjne w całym wszechświecie. Bez niej nie bylibyśmy w stanie dokładnie obliczyć ruchów planet, kształtować modeli kosmologicznych ani badać dynamiki galaktyk. Co więcej, stała ta jest niezbędna do tworzenia dokładnych prognoz dotyczących ruchu ciał niebieskich.

Ciekawostki o stałej grawitacji

1. Eksperyment Cavendisha: Wartość stałej grawitacji po raz pierwszy została zmierzona przez Henry’ego Cavendisha w 1798 roku. Użył on do tego specjalnego urządzenia zwanego wagą skręceń.
2. Zależność od masy: Wartość 𝐺G jest niezwykle mała, co oznacza, że siły grawitacyjne są zauważalne tylko w przypadku bardzo dużych mas, takich jak planety czy gwiazdy.
3. Znaczenie w kosmologii: Stała grawitacji odgrywa kluczową rolę w teorii Wielkiego Wybuchu, pomagając naukowcom zrozumieć, jak powstał wszechświat.

Zrozum strukturę wszechświata

Stała grawitacji pozwala na głębsze zrozumienie wszechświata i jego dynamiki. Dzięki niej możemy analizować zjawiska takie jak orbity planet, ruchy galaktyk oraz oddziaływania między różnymi ciałami niebieskimi. Zrozumienie tej stałej jest kluczowe dla każdego, kto chce zgłębiać tajniki kosmosu.

CZYTAJ TAKŻE: Jak powstaje burza?