Grawitacja to fundamentalna siła przyciągająca między sobą wszystkie obiekty posiadające masę. W kontekście fizyki w liceum, najczęściej rozważamy Prawo Powszechnego Ciążenia Newtona, które opisuje tę siłę.
Krok 1: Prawo Powszechnego Ciążenia. To prawo mówi, że siła grawitacji (F) między dwoma obiektami jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas (m1 i m2) i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości (r) między nimi. Wzór ma postać: F = G * (m1 * m2) / r², gdzie G to stała grawitacji (około 6.674 × 10⁻¹¹ N(m/kg)²).
Przykład: Załóżmy, że mamy dwie kule o masach m1 = 5 kg i m2 = 10 kg, oddalone od siebie o r = 2 metry. Siła grawitacji między nimi wyniesie: F = 6.674 × 10⁻¹¹ * (5 * 10) / 2² = 8.34 × 10⁻¹⁰ N. Widzimy, że siła jest bardzo mała dla tak małych mas.
Krok 2: Przyspieszenie grawitacyjne (g). Na powierzchni Ziemi, siła grawitacji powoduje, że obiekty spadają z przyspieszeniem g, które wynosi około 9.81 m/s². To dlatego, że Ziemia ma ogromną masę. g można obliczyć również używając prawa powszechnego ciążenia: g = G * M / R², gdzie M to masa Ziemi, a R to promień Ziemi.
Przykład: Jeśli upuścimy jabłko, to będzie ono przyspieszać w dół z przyspieszeniem 9.81 m/s². Oznacza to, że z każdą sekundą jego prędkość będzie wzrastać o 9.81 m/s.
Krok 3: Wpływ odległości na grawitację. Siła grawitacji maleje wraz ze wzrostem odległości. Zwróćmy uwagę na kwadrat odległości w wzorze. Jeśli podwoimy odległość między dwoma obiektami, siła grawitacji zmaleje czterokrotnie.
Przykład: Jeśli satelita znajduje się dwa razy dalej od Ziemi niż inny satelita, to siła grawitacji działająca na ten dalszy satelitę jest cztery razy mniejsza.
Dlaczego to ważne? Zrozumienie grawitacji jest kluczowe do obliczania orbit satelitów, przewidywania pływów morskich, a nawet do zrozumienia formowania się gwiazd i galaktyk. Bez grawitacji nie istniałby nasz Układ Słoneczny. Grawitacja jest również niezbędna w inżynierii kosmicznej, gdzie precyzyjne obliczenia są konieczne do planowania misji.