Закон всемирного тяготения в физике — формулы и определение с примерами

Теория квантовой гравитации

Итак, Стандартная модель физики частиц (разработанная в период с 1970 по 1973 год) постулирует, что остальные три фундаментальные силы природы опосредованы виртуальными бозонами. Фотоны опосредуют электромагнитную силу; бозоны опосредуют слабое ядерное взаимодействие, а глюоны (такие как кварки) опосредуют сильное ядерное взаимодействие. Следовательно, гравитон будет опосредовать гравитационную силу. Если, конечно, эта квантовая частица будет обнаружена.

Ожидается, что гравитон не будет обладать массой (так как действует мгновенно на больших расстояниях), однако, основная проблема экспериментальной проверки любой теории квантовой гравитации заключается в том, что уровни энергии, необходимые для наблюдения гипотез, недостижимы в современных лабораторных экспериментах.

Ткань пространства-времени искривляется массой Солнца

Предположения квантовой гравитации, как правило, заключаются в том, что такая теория окажется одновременно простой и элегантной. По крайней мере в двух конкретных местах во Вселенной, где математика общей теории относительности просто ломается и невозможно получить надежных результатов: в центрах черных дыр и в начале Вселенной.

Но как разгадать тайну сингулярности? Для начала, физикам нужна теория квантовой гравитации. На самом деле на ее роль существует множество претендентов, включая теорию струн и теорию петлевой квантовой гравитации, подробнее о которой мы рассказывали здесь. Но есть еще один подход, который полностью переписывает наше понимание пространства и времени.

Главная сила природы

Гравитация, как известно, является генеральным директором космоса, повелителем Вселенной, если хотите. Именно эта сила позволяет звездам и планетам вращаться по орбите, а черным дырам поглощать любые объекты, что оказались поблизости. Благодаря гравитации яблоко упало на голову Исаака Ньютона, а мы с вами не улетаем в небо, стоит нам оторваться от земли.

Будучи фундаментальной силой Вселенной гравитация – в нашем, человеческом понимании – объясняет как движутся небесные тела, а также является главенствующей силой на Земле. Однако, если Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) прекрасно справляется с описанием мира, видимого невооруженным глазом, она, увы, не в полной мере описывает законы, по которым существует таинственный и невидимый мир атомов и частиц. Этот удивительный мир описывает квантовая механика.

Квантовая механика описывает то, как взаимодействуют друг с другом элементарные частицы.

Но так как мы не видим взаимодействия элементарных частиц, нам кажется странным, что квантовый мир так сильно отличается от знакомых объектов (хотя объекты эти целиком и полностью состоят из этих самых частиц).

Хотя сила гравитации является наиболее значительной в космических масштабах, три другие фундаментальные силы природы также играют важную роль – будь то солнечные вспышки или ядерные реакции в недрах звезд. Квантовые эффекты также возникают в ряде таких концепций как Большой взрыв или черные дыры. На самом деле найти что-то, в чем квантовые силы не принимают участия, невозможно.

Наш мир намного больше и сложнее, чем мы можем себе представить. Но шанс разгадать фундаментальные тайны Вселенной у нас есть.

Но вернемся к гравитации. Она, как мы уже говорили выше, не вписывается в квантовый мир. И даже в работе Эйнштейна уравнения поля для гравитации не проквантованы. Хотя большинство физиков убеждены, что должен быть какой-то способ объединения гравитации с тремя фундаментальными силами, квантовыми по своей сущности, он по-прежнему представляется трудным для понимания.

Таким образом, квантовая гравитация – это общий термин для теорий, которые пытаются объединить гравитацию с другими фундаментальными силами физики (которые уже объединены вместе). Обычно она предполагает существование теоретической виртуальной частицы – гравитона, который опосредует гравитационную силу.

Интересно, что именно наличие гравитона отличает квантовую гравитацию от некоторых других объединенных теорий поля. И все же вынуждены отметить, что ряд существующих теорий наличия гравитона не требуют.

Проект «Свободное падение. Невесомость в лифте»

Во
время пребывания на космической станции
космонавтам приходится сталкиваться
с многочисленными неординарными
ситуациями. Вероятно, одно из главных
отличий жизни там наверху и здесь внизу
– это ощущение «невесомости». Ничего
не остаётся на месте, даже вы! Нет
гарантии, что вода потечёт вниз, и если
вы не пристегнёте себя к кровати, можете
проснуться в кладовой.

Многие
люди считают, что космонавты пребывают
в невесомости, потому что там нет
гравитации. Но как оказалось, космическая
станция подвержена воздействию
гравитации. Иначе как бы она оставалась
на орбите? Фактически, гравитация
Земли воздействует на космическую
станцию на 10% меньше, чем на поверхности.
Что же на самом деле происходит?

Когда
что-то находится на орбите, говорят, что
этот объект в состоянии свободного
падения – он падает через пространство,
без какого-либо противодействия. Но он
падает в том же темпе, в котором поверхность
Земли удаляется от него по кривой. Если
объект падает вертикально на 30 метров,
он также движется на таком же расстоянии
от поверхности Земли по горизонтали.
Обычно спутники падают, не ударяясь о
землю.

В
этом эксперименте вы сможете убедиться,
как свободное падение,
а также некоторые виды вертикального
движения, изучаемые в физике,
влияют на кажущийся вес объекта.

Ход эксперимента:

1. Для начала изучите падение воды.
2. Сделайте пару отверстий в дне чашки, наполните её водой. Понаблюдайте за тем, что происходит.
3. Теперь бросьте чашку в ведро. Каким образом изменился поток воды из чашки в воздухе?
4. Теперь можно исследовать, что происходит с весом в лифте.
5. Поместите предмет с небольшой массой на весы, определите его вес.
6. Держите весы возле пола, а затем быстро (но плавно) поднимите. Что происходит с весом?
7. Держите весы высоко в воздухе, а затем быстро (но плавно) опустите вниз. Что происходит с весом? Есть ли разница между этими двумя случаями?
8. Поднимитесь и спуститесь на несколько этажей в лифте. Возьмите с собой весы и предмет с небольшой массой.

Вывод:

В
первой части опыта сразу
после того, как вы налили воду в чашку,
она начинает вытекать через отверстия
на дне. Однако после того, как вы бросили
чашку вниз, вода перестала вытекать во
время падения.

Во
второй части опыта вес заметно
увеличивается, когда вы поднимаете весы
вверх, и уменьшается, когда вы их
опускаете. То же самое происходит в
процессе проведения эксперимента в
лифте. Почему? Говорят, будто в 1589 году
Галилей бросил два мяча разной массы с
Пизанской башни и заметил, что они упали
на землю одновременно. Когда астронавт
Дэвид Скот шагнул на поверхность Луны
в 1971 году, он воспроизвёл эксперимент
Галилея в практически полном вакууме
атмосферы Луны, используя перо и молот.
И действительно, оба предмета упали на
поверхность одновременно!

Возможно,
это звучит весьма парадоксально. Вы
можете подумать, что гравитация больше
влияет на молот и заставляет его упасть
быстрее. Действительно, молот сильнее
подвержен гравитационному
ускорению, чем перо. Однако из-за
того, что молот обладает более высокой
массой, для любой силы (включая гравитацию)
его сложнее сдвинуть с места. Постарайтесь
толкнуть магазинную тележку и автомобиль,
прилагая одинаковые усилия, и посмотрите,
что будет поддаваться легче. Сопротивление
движению отменяет более высокую
гравитационную силу.

Когда
вы бросаете чашку, вода и чашка падают
с одинаковой скоростью. Вода вытекает,
но чашка её подхватывает! Удивительно,
но вода моментально задерживается
внутри протекающей чашки.

То
же самое происходит с космонавтами на
борту космического корабля. Они кажутся
невесомыми не по причине отсутствия
гравитации, а потому что, как уже
упоминалось ранее, они всё время пребывают
в состоянии падения. То же самое происходит
и со всем, что находится на борту:
инструментами, продуктами питания,
одеждой. Космонавты на космической
станции подобны воде в чашке. Они падают
вместе со станцией и могут находиться
в состоянии невесомости.

Второй
эксперимент идёт следом. Вес – это
просто сила, воздействующая на ваше
тело, благодаря гравитации. Когда вы
поднимаете весы вверх, сила ваших рук
должна преодолеть гравитационную силу.
В этом случае вес кажется больше

Вес в
процессе движения называется кажущимся
весом, поскольку во внимание принимаются
и другие силы гравитации. Когда вы
опускаете весы вниз, сила ваших рук
уменьшает силу гравитации и кажущийся
вес снижается

Что
произойдёт с весом, если вы поднимете
весы, а затем бросите их? Как это
перекликается с первым экспериментом?

Эксперимент
в лифте не отличается, только в данном
случае моторы лифта делают работу за
вас. Как вы думаете, что бы произошло,
если бы кабель лифта порвался?

Имитация микрогравитации

Параболический полет

«Невесомое чудо» — это прозвище самолета НАСА, который летает по параболическим траекториям и на короткое время обеспечивает практически невесомую среду, в которой можно тренировать астронавтов , проводить исследования и снимать кинофильмы. Параболическая траектория создает вертикальное линейное ускорение, которое соответствует ускорению силы тяжести, давая нулевое ускорение на короткое время, обычно 20–30 секунд, за которым следует примерно 1,8 g в течение аналогичного периода. Прозвище Vomit Comet также используется для обозначения укачивания, которое часто испытывают пассажиры самолета во время этих параболических траекторий. Такие самолеты с пониженной гравитацией в настоящее время эксплуатируются несколькими организациями по всему миру.

Нейтральная плавучесть

Нейтральная плавучесть Laboratory (NBL) является астронавт учебного центра в Sonny Carter учебного центра в NASA Johnson Space Center в Хьюстоне, штат Техас . NBL большой крытый бассейн с водой, самый большой в мире, в котором астронавты могут выполнять смоделированные ЭВА задачи в рамках подготовки к космическим полетам. NBL содержит полноразмерные макеты грузового отсека космического челнока , полезной нагрузки полета и Международной космической станции (МКС).

Принцип нейтральной плавучести используется для моделирования невесомости космоса. Космонавтов в костюмах опускают в бассейн с помощью мостового крана, и их вес регулируется водолазами, поддерживающими их, так, чтобы они не испытывали подъемной силы и момента вращения относительно своего центра масс . Костюмы, которые носят в NBL, ниже рейтинга полностью летных костюмов EMU, таких как те, которые используются на космических шаттлах и Международной космической станции.

Бак NBL имеет длину 202 фута (62 м), ширину 102 фута (31 м) и глубину 40 футов 6 дюймов (12,34 м) и вмещает 6,2 миллиона галлонов (23,5 миллиона литров) воды. Водолазы дышат найтроксом во время работы в аквариуме.

Нейтральная плавучесть в бассейне — это не невесомость , поскольку органы равновесия во внутреннем ухе по-прежнему ощущают направление силы тяжести вверх-вниз. Кроме того, вода оказывает значительное сопротивление . Как правило, эффекты перетаскивания минимизируются за счет медленного выполнения задач в воде. Еще одно различие между моделированием нейтральной плавучести в бассейне и фактическим выходом в открытый космос во время космического полета заключается в том, что температура бассейна и условия освещения поддерживаются постоянными.

Ход занятия:

Iчасть: Вводная (информационно-познавательная)

Воспитатель: ребята, я вас всех рада видеть. Теперь давайте поздороваемся друг с другом.

Приветствие сопровождается движениями,дети сидят на ковре в кругу:

Здравствуй, Небо! Руки поднять вверх

Здравствуй, Солнце! Руками над головой описать большой круг

Здравствуй, Земля! Плавно опустить руки на ковер

Здравствуй, планета Земля! Описать большой круг над головой

Здравствуй, наша большая семья!

Все ребята берутся за руки и поднимают их вверх.

— А сейчас я вам расскажу одну интересную историю. Наша красавица планета Земля родилась много миллионов лет назад. Сначала она представляла собой кипящую смесь из камней и газа. В течении многих лет Земля остывала и остывала. Шли проливные дожди, которые тоже остужали жар Земли. Так образовались моря. В те далёкие времена никто из живых существ ещё не населял Землю. Постепенно климат на Земле становился теплее, и тогда стали появляться живые организмы. Земля представляет собой твёрдый огромный ар, который вращается в космическом пространстве. Для того, что бы мы тоже могли увидеть нашу Землю со стороны, ученые создали маленькую модель нашей планеты. Угадайте, как она называется? (глобус)

— Всё верно. Глобус, как мы с вами узнали ещё на первом занятии, это модель нашего мира в маленькой форме.

-Как вы видите, Земля имеет форму круга. Но почему тогда все реки и моря не выливаются? Что держит их на поверхности и заставляет течь? Есть видимо какая-то невидимая сила, которая притягивает их.

Она держит и нас с вами тоже. Попытайтесь прыгнуть и зависнуть в воздухе. Человек не может летать. Он всё равно притягивается к земле.

А притягивает ли эта сила предметы? Подкиньте любой предмет?

Что случилось? Они упали обратно на пол. А если взять самый лёгкий предмет, например лист бумаги или пёрышко, попробуйте подкинуть пёрышко? Оно всё равно плавно опускается вниз.

Сила, которая притягивает к Земле как тяжёлые, так и лёгкие предметы, называется силой тяготения.

Что бы могло случиться, если бы не было силы тяготения? (ответы детей)

Как вы думаете, почему каждая планета движется только по своей орбите и не перемещается на другие? (Ответы детей.)

Эта сила держит все планеты строго на своей орбите, и вращаются они вокруг солнца.

Физминутка:

Поработали, ребятки,

А теперь — все на зарядку!

Мы сейчас все дружно встанем,

Отдохнем: мы на привале.

Влево, вправо повернитесь,

Наклонитесь, поднимитесь.

Руки вверх и руки вбок,

И на месте прыг да скок!

А теперь бежим вприпрыжку,

Молодцы вы, ребятишки!

Замедляем, дети, шаг,

И на месте стой! Вот так!

А теперь мы сядем дружно,

Нам еще работать нужно.

Воспитатель: А сейчас ребята мы с вами узнаем ещё много интересного о силе тяготения. Давайте снова поиграем с вами в исследователей.

IIчасть: Практическая (Опытно-экспериментальная)

Опыт №1 «Сила тяготения»

Перед нами стоят стаканы с песком и водой. Давайте проверим, что притянется к земле быстрее. Вода, песок или они оба быстро достигнут земли. При наклоне стакана влево или вправо вода выливается, а песок высыпается. То же самое происходит с водой и песком, если стакан с содержимым перевернуть вверх дном.

Вывод: все предметы стремятся на землю и жидкости, и твёрдые тела

Опыт №2 «Невесомость»

Ребята космонавты, которые отправляются в долгие космические путешествия, отдаляясь от Земли начинают парить в корабле, на них перестаёт действовать сила притяжения. Это называется состояние невесомости. Давайте подпрыгнем с вами высоко — высоко, и попробуем задержаться в верхней точке. Получилось?

Вывод: сила тяготения действует на планете, и невесомость достигается только в космосе.

Итог занятия (рефлексия)

Отлично ребята, сегодня мы с вами узнали, что Земля – это большой магнит. Она притягивает к себе все предметы и нас самих. А теперь скажите, как называется эта волшебная сила? (ответы детей)

Что нового вы сегодня для себя узнали?

Почему планеты вращаются по своим орбитам и не падают?

Что такое гравитация простыми словами детям.

с лат. gravitas — «тяжесть» ) — невидимая сила , притягивающая объекты с меньшей массой к более массивным. Таким образом определяющая положение галактик, планет, спутников и всех небесных тел. В контексте Земли отвечает за то, что объекты притягиваются к поверхности и не улетают за пределы планеты. Это одно из четырех фундаментальных взаимодействий в физике, определяющих функционирование вселенной, наряду со слабым и сильным атомными взаимодействиями и электромагнетизмом.

Точного научного определения термина не существует, поскольку подходы к изучению гравитации и теории относительно её природы постоянно разрабатываются, дополняются и совершенствуются. Актуальными на сегодня являются закон всемирного тяготения Ньютона вместе с его дополнениями и общая теория относительности Эйнштейна.

Гравитация и закон всемирного тяготения

Закон всемирного тяготения, предложенный Ньютоном, не ставит своей целью описание природы возникновения гравитации, но позволяет совершать верные математические расчеты на практике. Для этого пользуются формулой

, где:

• F — сила притяжения;
• r — расстояние между их центрами;
• G — гравитационная постоянная, равная 6.67×10 -11 м 3 /кг×с 2 и отражающая то, с какой силой бы действовали друг на друга два тела, размещенные на расстоянии 1 метра и имеющие одинаковую массу в 1 килограмм.

Собственное гравитационное поле создается каждым объектом Вселенной вне зависимости от его массы.

Гравитация на каждой из планет разная и напрямую зависит от массы астрономического тела. Так, к примеру, показатели гравитации на Юпитере многократно превышают земные. На тело, имеющее земной вес в 60 килограмм, Юпитер будет оказывать такую гравитацию, как Земля оказывает на тело с массой 142 килограмма.

Гравитация и общая теория относительности

Несмотря на то, что закон всемирного тяготения Ньютона отлично справляется с математическим описанием гравитации, он порождает конфликты и несоответствия, когда речь заходит о дальности действия и скорости распространения этой величины.

Дело в том, что в теории Ньютона предполагается, что гравитация окутывает всю вселенную и действует мгновенно в каждой её части. Однако, это невозможно исходя из того, что пределом допустимой скорости в физике является скорость света. Даже если бы скорость распространения гравитации была равна скорости света, она бы не могла мгновенно срабатывать даже на небольших участках космоса, поскольку нуждается в преодолении расстояния.

Решение проблемы нашлось в общей теории относительности Эйнштейна, которая рассматривает гравитацию не как силу, но как искривление времени-пространства под влиянием масс.

Для наглядности можно представить натянутую вокруг обруча ткань. После того, как на нее положат яблоко, она искривится. Если же после этого положить рядом тяжелую гирю, она искривится уже с центром в новом месте , а яблоко притянет к гире.

В физике элементарных частиц была выработана концепция гравитона — гипотетически существующей фундаментальной частицы, которая ответственна за гравитацию. Такая частица имеет нулевую массу, однако, обладает энергией, позволяющей ей влиять на поведение других элементарных частиц.

Понятие гравитационных волн

Несмотря на то, что общая теория относительности Эйнштейна уже давно была принята научным сообществом, она нашла очередное свое подтверждение с открытием физиками гравитационных волн в 2015 году.

Людям, далеким от теоретической физики и астрономии, будет нетрудно представить гравитационные волны в виде кругов, некоторое время разрастающихся, а затем затухающих после того, как в воду был брошен камень. Они имеют относительно похожую форму и структуру, но проявляются не на поверхности воды, а в пространстве-времени Вселенной.

Гравитационные волны оказывают дополнительное влияние на все близлежащие объекты и возникают при резкой смене массы в конкретной точке. Примером такого изменения в структуре космоса может быть слияние сверхмассивных черных дыр.

Ученые не могли столь долго открыть такие волны из-за низкой силы гравитации. Даже при сегодняшнем уровне развития технологий для этого пришлось поместить в вакуум четырехкилометровый детектор , состоящий из подвешенных зеркал.

Людям ошибочно кажется, что гравитация невероятно сильна. На самом же деле, это самая слабая из всех фундаментальных взаимодействий. Иллюстрацией того, насколько сильно её превосходит, к примеру, электромагнитное взаимодействие может служить факт того, что даже маленькие магниты на холодильник надежно закреплены магнитным притяжением на своем месте и будто игнорируют силу земного притяжения.

Гравитация от Эйнштейна

Задолго до Ньютона и Эйнштейна о гравитации говорил еще Аристотель. Он выдвинул теорию о том, что скорость падения объекта напрямую зависит от его массы. Но о том, что ускорение свободного падения одинаково для всех, он не знал. Об этом догадался только Галилей.

Далее в Общей теории относительности (ОТО) Эйнштейн более подробно описал гравитацию, связав ее с пространством-временем. Да-да, так как они неразрывны, гравитация искривляет не только материю, но и время. Из-за этого время в космосе идет медленнее.

Гравитация от Эйнштейна

Вы помните, что орехи скатываются к яблокам и все такое, но в таком случае, почему Луна до сих пор не рухнула на Землю? Потому что сила гравитационного взаимодействия крайне слаба, но действует на абсолютно любые расстояния. Она даже имеет четкую формулу для расчета: F_g=G(m₁m₂/r2) – то есть это зависимость масс двух объектов от квадрата расстояния между ними, умноженная на гравитационную постоянную. Эту формулу учат в школьном курсе физики, если что. Из этого следует, что чем больше масса тела, тем большее гравитационное поле оно может создать.

В таком случае, многие могут спросить: «почему Луна не падает на Землю под действием гравитации?». Взгляните на формулу – что такое G? Это гравитационная постоянная, равная 6,67408×10-11 м3кг-1с-2. Даже если все здесь кажется вам лютейшим бредом, то 10-11 более наглядно выглядит так: 0,00000000001. Вы отдаете себе отчет в том, на сколько это мало? Ровно настолько, что даже Луна не падает на Землю, не говоря уже о том, что вы не можете притягивать к себе мелкие предметы силой гравитационного взаимодействия, которым, кстати, тоже обладаете.

Все объекты во Вселенной так или иначе подвержены гравитации. Именно Эйнштейн заговорил об «искривлении» пространства. Он считал, что подобное взаимодействие не результат влияния сил, а изменений в самом пространственно-временном континууме. Как это происходит? Из-за массы и энергии. Думаю, многие из вас уже поняли, к чему я веду. ОТО гласит о том, что масса и энергия едины, и именно из-за их взаимодействия искривляется пространство-время. Все вы хоть раз в жизни слышали об этой формуле: E=mc2 – она объясняет, как, но не говорит почему. Гравитация – очень обширное понятие. Она отвечает и за земное притяжение нас с вами и за расширение самой Вселенной. Поэтому описать все это каким-то единым законом до сих пор ни у кого не получилось.

Гравитоны

Учёные предполагают, что существует единица гравитации

Всё, чему нас учат в школе, что гравитация — это сила притяжения, но так ли это? Если представить саму гравитацию как частицу и назвать её гравитон (или квант гравитационного поля), то получится, что силу притяжения формируют гравитоны. Правда физики не смогли подтвердить существование этих частиц, но зато есть много оснований, почему они должны существовать. Первая причина в том, что гравитация всего лишь сила (одна из четырёх основных природных сил), и основной её элемент не может быть определён. Даже если гравитоны и существуют, определить их очень трудно. Физики чисто теоретически предполагают, что гравитационные волны состоят из гравитонов. Гравитационные волны обнаружить достаточно просто, достаточно создать отражение лучей света в зеркалах и увидеть их расщепление. Но такой метод не подойдёт для определения изменения дистанции между гравитонами.

Что сильнее- электромагнитная или гравитационная сила

Многие думают, что именно электромагнетизм сильнее гравитации. В целом, если не придираться к некоторым тонкостям, это правда, но, как всегда, есть некоторые ”но”.

Электромагнетизм — это сила, которая возникает на самом микроскопическом уровене и в некотором роде является основной всей механики, создавая основные силы. Например, в атоме чего-либо (допустим водорода) есть протоны, которые летают вокруг электронов. В итоге у нас есть электрический заряд и масса. Первый определяет силу электромагнитного взаимодействия, а второй уже относится к гравитации.

Эти силы рассматривают по отдельности из-за того, что они имеют свое влияние на разном уровне. Ни для кого не секрет, что электромагнитные частицы одного заряда отталкиваются, а противоположного — притягиваются. Если мы имеем дело с системой, в которой есть частицы с положительными и отрицательными зарядами, то можно считать, что она нейтральна. Примером может служить атом, который находится, как бы в равновесии.

Если мы возьмем огромное количество атомов и начнем рассматривать, например, планету, то расстановка сил изменится. В этом случае все тело в целом будет иметь плюс-минус нейтральный заряд и на первый план выйдет именно сила гравитации. То есть электромагнетизм действительно силен, но только когда речь идет о связи элементарных частиц. На этом уровне он действительно сильнее гравитации. Если говорить о больших объектах, то гравитация важнее.

На микроуровне все уравновешено собственными силами.

Гравитация, что это. Гравитационное притяжение

В рамкахгравитационное притяжение описываетсяНьютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массыи, разделёнными расстоянием r{\displaystyle r}

G{\displaystyle G}  —, равная примерно 6,67×10м³/(кг·с²). Этот закон выполняется в приближении при малых по сравнению со скоростью светаскоростей и слабого гравитационного взаимодействия (если для изучаемого объекта, расположенного на расстоянии R{\displaystyle R} от тела массой M{\displaystyle M} , величина). В общем случае гравитация описывается.

Закон всемирного тяготения — одно из приложений, встречающегося также и при изучении(см., например,), и являющегося прямым следствием квадратичного увеличения площадипри увеличении радиуса, что приводит к квадратичному же уменьшению вклада любой единичной площади в площадь всей сферы.

Гравитационное поле, так же как и поле,. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность гравитационного поля влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии и при изучении движения тел в гравитационном поле часто существенно упрощает решение. В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является. Это означает, что, как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространствазависит только от положения тела в данный момент времени.

Большие космические объекты — планеты, звёзды и галактики имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные поля.

Гравитация — слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях и все массы положительны, это, тем не менее, очень важная сила во Вселенной. В частности, электромагнитное взаимодействие между телами в космических масштабах мало, поскольку полный электрический заряд этих тел равен нулю (вещество в целом электрически нейтрально).

Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствовало бы гравитационное взаимодействие.

Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как структура галактик, чёрные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления — орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.

Гравитация была первым взаимодействием, описанным математической теорией.(IV в. до н. э.) считал, что объекты с разной массой падают с разной скоростью. И только много позже (1589)экспериментально определил, что это не так — если сопротивление воздуха устраняется, все тела ускоряются одинаково. Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал, более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.