Гравитационное поле

Понятие «гравитационное поле» появилось в физике не сразу. Сначала такой тип взаимодействия рассматривался в рамках закона Всемирного тяготения. Современный термин появился значительно позже. Существует это понятие уже несколько столетий.

Видео: Гравитационное поле, Киевнаучфильм, 1987

Под гравитацией понимается свойство тел взаимно притягиваться, а само свойство связывают с массой этих тел. Сегодня в физике гравитация рассматривается в качестве искривления времени-пространства вблизи массивных тел.

Тела создают вокруг себя силовые поля. Напряженность такого поля тяготения в любой точке характеризует силу, которая действует на другое тело, находящееся в этой конкретной точке. При этом напряженность гравитационного поля g равняется отношению силы F, воздействующей на тело определенной массы m, к массе тела в гравитационном поле.

Напряженность поля совпадает по направлению, величине и единицам измерения с известным ускорением свободного падения, но по физическому смыслу это разные величины. Напряженность поля характеризует состояние пространства в определенной точке, а ускорение и сила появляются лишь когда в этой точке находится тело.

Ньютон в 1687 г установил, что два тела притягиваются с силой, прямо пропорциональной квадрату расстояния, на котором они находятся друг от друга. Такой вывод был сделан им на основе опыта законов движения планет.

Поле тяготения является одним из видов физического поля, с помощью которого осуществляется притяжение тел (гравитационное взаимодействие). Это может быть взаимодействие между планетами Солнечной системы, планетами и их спутниками, Землей и телами, находящимися вблизи нее.

Гравитационное поле Земли является силовым полем, которое обусловлено притяжением ее массы и центробежной силой, возникающей как следствие вращения Земли. Оно зависит (хотя и в незначительной степени) от притяжения Луны, Солнца и прочих тел, а также массы земной атмосферы.

Видео: Экспериментальная модуляция гравитационного поля

Гравитационное поле нашей планеты характеризуется силой тяжести, потенциалом и рядом различных производных. Часть потенциала называют геопотенциалом (он обусловлен только притяжением Земли). В целях решения различных задач его представляют в виде разложения по функциям (сферическим).

Гравитационное поле Земли состоит из двух частей, которые называют нормальной и аномальной. Первая является основной, она соответствует схематизированной модели планеты, изображаемой как эллипсоид вращения. Она согласуется с реальной планетой. Аномальная часть по величине меньше и измеряется весьма сложным образом. Раз положение Луны и Солнца по отношению к Земле постоянно изменяются, то периодически происходит и вариация ее гравитационного поля. Это способствует приливным деформациям Земли и в том числе вызывает морские приливы.

Видео: Гравитационное силовое поле.

Помимо этого, есть и неприливные изменения земного гравитационного поля, возникающие вследствие перераспределения масс в недрах, землетрясений, тектонических движений, перемещения воды и атмосферных масс, извержения вулканов, изменения мгновенной оси вращения Земли за сутки, а также ее угловой скорости. Многие величины таких изменений наблюдать невозможно, поэтому они оцениваются только теоретически.

Гравитационное поле Земли является основанием для определения геоида, который характеризует гравиметрическую фигуру Земли. По этой фигуре задаются высоты поверхности планеты. По гравитационному полю делают заключение о гидростатическом равновесном состоянии планеты и возникающих из-за этого напряжениях в её недрах, исследуют упругие свойства Земли.

Гравитационное поле Земли помогает производить расчеты орбит искусственных спутников, траектории движения ракет. Аномалии поля помогают узнавать распределение неоднородностей по плотности в земной коре, верхней части мантии, проводить тектоническое районирование, искать полезные ископаемые.