Czym jest i jakie znaczenie ma grawitacja?

Potocznie mówi się, że dzięki grawitacji możemy chodzić po Ziemi i z niej „nie spadać”. Fizyka naukowo grawitację określa natomiast jako działanie siły odśrodkowej na wszystkie przedmioty, które znajdują się na danym obiekcie, na przykład na Ziemi. Ze względu na swój ciężar nasza planeta przyciąga wszystko do swojej powierzchni i to właśnie dzięki takim siłom nie porusza się swobodnie w przestrzeni kosmosu, lecz wędruje stale tym samym torem po własnej orbicie.

Co to jest grawitacja?

Grawitacją nazywamy wzajemne oddziaływanie ciał, które polega na ich wzajemnym przyciąganiu się z taką samą siłą. Prawdą jest zatem, że

w kosmosie nie tylko planeta przyciąga człowieka, ale również człowiek przyciąga planetę.

Różnica dotyczy jednak skutków działania tych sił, uzależnionych od masy człowieka i planety. Wartość przyciągania przez Ziemię jest 10²⁴ razy większa.

Czym jest prawo powszechnej grawitacji?

Prawo powszechnej grawitacji, inaczej powszechnego ciążenia, mówi o tym, że:

„każde dwa ciała mające własną masę, przyciągają się siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi”

Oddziaływanie to jest powszechne, gdyż dotyczy wszystkich masowych ciał, a prawo to sformułował Isaac Newton już w drugiej połowie XVII wieku. Gdzie możemy obserwować je w praktyce? Jej najlepszym przykładem jest ruch planet wokół Słońca w Układzie Słonecznym.

Historia badań nad grawitacją

Chociaż już w prehistorii domyślano się istnienia grawitacji, to dopiero starożytni Grecy zaczęli dokładniej badać wpływ masy przedmiotów na ich szybkość swobodnego spadania, a także niezaprzeczalny fakt, że zawsze w konsekwencji uderzają o powierzchnię ziemi. Pierwsze dokumentacje na ten temat datowane są na rok 355 przed naszą erą, jednak wtedy grawitacji ziemskiej nie łączono jeszcze z kosmicznym przyciąganiem grawitacyjnym. W końcu w tamtych czasach panował model geocentryczny wszechświata, zgodnie z którym to nasza planeta znajdowała się w jego centrum. Dopiero Mikołaj Kopernik udowodnił, że to największa gwiazda – Słońce – nadaje porządek całej strukturze przestrzeni kosmicznej.

Autorem pierwszych prac naukowych opisujących siłę grawitacji był Izaak Newton, który przeprowadził wiele słynnych eksperymentów. Jego finalna teoria ograniczyła się do stwierdzenia:

”Między dowolną parą ciał posiadających masy pojawia się siła przyciągająca, która działa na linii łączącej ich środki mas, a jej wartość rośnie z iloczynem ich mas i maleje z kwadratem odległości”.

Na obserwacjach Newtona bazował również Einstein, odpowiedzialny za sformułowanie ogólnej teorii względności. Zgodnie z nią, masa bezwładna (występująca u Newtona) i masa grawitacyjna (występująca w prawie powszechnego ciążenia) są nieodróżnialne. Fakt ten stanowi podwaliny do sformułowania szczególnej teorii grawitacji.

Konsekwencje grawitacji

Jak pole grawitacyjne wpływa na naszą codzienność? Czy odczuwamy jest korzyści lub negatywne skutki? Niezaprzeczalną zaletą działania tych sił jest z pewnością fakt, że nie poruszamy się bezwolnie w przestrzeni kosmicznej, lecz możemy kontrolować własne ruchy i bezpiecznie żyć na Ziemi, która sama pozostaje w bezustannym ruchu. Prawdopodobnie wolelibyśmy jednak, żeby grawitacja nie istniała na przykład w obliczu katastrofy spadającego z nieba samolotu…

A jak to możliwe, że odbywają się loty kosmiczne, skoro siła przyciągania jest tak duża? Kluczem do sukcesu było skonstruowanie statku kosmicznego z silnikiem odrzutowym, który pokonał siłę grawitacji i przedarł się tam, gdzie jest ona najsłabsza.