НЬЮТОНА ЗАКОН ТЯГОТЕНИЯ

НЬЮТОНА ЗАКОН ТЯГОТЕНИЯ, закон всемирного тяготения, один из универсальных законов природы; согласно Н. з. т. все материальные тела притягивают друг друга, причём величина силы тяготения не зависит от физич. и химич. свойств тел, от состояния их движения, от свойств среды, где находятся тела. На Земле тяготение проявляется прежде всего в существовании силы тяжести, являющейся результатом притяжения всякого материального тела Землёй. С этим связан термин "гравитация" (от лат. gravitas - тяжесть), эквивалентный термину "тяготение".

Н. з. т., открытый в 17 в. И. Ньютоном, формулируется следующим образом. Каждые две материальные частицы притягивают друг друга с силой F, прямо пропорциональной их массам m₁ и m₂и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между ними:

сила F направлена вдоль прямой, соединяющей эти частицы. Коэффициент пропорциональности G - постоянная величина, наз. гравитационной постоянной в системе СГС G ~ 6,7*10^-8дин*см²*г^-2. Под "частицами" здесь подразумеваются тела, размеры к-рых пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними, т. е. материальные точки. Н. з. т. можно интерпретировать иначе, полагая, что каждая материальная точка с массой m₁создаёт вокруг себя поле тяготения (гравитационное поле), в к-ром любая другая свободная материальная точка, находящаяся на расстоянии r от центра поля, приобретает ускорение, не зависящее от своей массы, равное

и направленное к центру поля. Силы тяготения (и гравитационные поля) отдельных интегральных частиц обладают свойством аддитивности, т. е. сила, действующая на нек-рую частицу со стороны нескольких др. частиц, равна геометрич. сумме сил, действующих со стороны каждой частицы. Из этого следует, что тяготение между реальными материальными телами, с учётом их размеров, формы и распределения плотности вещества, можно определить, вычислив сумму сил тяготения (учитывающую направление составляющих сил) отдельных малых частиц, на к-рые можно мысленно разбить тела. Таким путём установлено, что шарообразное тело (однородное или со сферич. распределением плотности вещества) притягивает точно так же, как материальная точка, если расстояние r измеряется от центра шара.

В основном силы тяготения определяют характер движения небесных тел в космическом пространстве. Именно при изучении движения планет и их спутников был открыт Н. з. т. и впоследствии строго обоснован. В нач. 17 в. И. Кеплером были установлены эмпирич. путём осн. закономерности движения планет (Кеплера законы). Исходя из них, современники Ньютона (франц. астроном И. Бульо, итал. физик Дж. Борелли, англ, физик Р. Гук) высказывали соображения, что движение планет может быть объяснено действием силы, к-рая притягивает каждую планету к Солнцу и к-рая убывает пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Однако только Ньютон в "Математических началах натуральной философии" (1687) впервые это строго доказал, опираясь на свои первые два закона механики (см. Ньютона законы механики) и на созданные им новые математич. методы, составившие основу дифференциального и интегрального исчисления. Ньютон доказал, что движение каждой планеты должно подчиняться первым двум законам Кеплера именно в том случае, если они движутся под действием силы тяготения Солнца в соответствии с формулой (1). Далее Ньютон показал, что движение Луны может быть приближённо объяснено с помощью аналогичного силового поля Земли и что сила тяжести на Земле есть результат воздействия этого же силового поля на материальные тела вблизи поверхности Земли. На основании 3-го закона механики Ньютон заключил, что притяжение есть взаимное свойство, и пришёл к формулировке своего закона тяготения для любых материальных частиц. Выведенный по эмпирич. данным, на основании результатов наблюдений, с неизбежностью приближённых, Н. з. т. представлял собой вначале рабочую гипотезу. В дальнейшем потребовалась колоссальная работа в течение более чем двухсот лет для строгого обоснования этого закона.

Н. з. т. явился основой небесной механики. В течение 17-19 вв. одной из осн. задач небесной механики было доказательство того, что гравитац. взаимодействие по закону Ньютона точно объясняет наблюдаемые движения небесных тел в Солнечной системе. Сам Ньютон показал, что взаимное притяжение между Землёй, Луной и Солнцем объясняет довольно точно ряд наблюдавшихся с давних пор особенностей в движении Луны (т. н. вариации, движение узлов, движение перигея, колебания наклона лунной орбиты), что Земля из-за своего вращения и вследствие действия сил тяготения между частицами вещества Земли должна быть сплюснута у полюсов; действием сил тяготения Ньютон объяснил также и явление прецессии земной оси, приливы и отливы и т. д. Одним из наиболее ярких в истории астрономии подтверждений справедливости Н. з. т. явилось открытие в 1845-46 планеты Нептун - результат предварительных теоретич. расчётов, предсказавших положение планеты. Современные теории движения Земли, Луны и планет, основанные на Н. з. т., отражают наблюдаемые движения этих тел во всех деталях, за исключением неск. эффектов (движения перигелиев Меркурия, Венеры, Марса), к-рые находят своё объяснение в релятивистской небесной механике, основанной на теории тяготения Эйнштейна (см. Тяготение).

Гравитац. взаимодействие в соответствии с Н. з. т. играет гл. роль в движении звёздных систем типа двойных и кратных звёзд, внутри звёздных скоплений и галактик. Однако гравитац. поля внутри звёздных скоплений и галактик имеют очень сложный характер, изучены ещё недостаточно, вследствие чего движения внутри них изучают методами, отличными от методов небесной механики (см. Звёздная астрономия). Гравитац. взаимодействие играет также существенную роль во всех космич. процессах, в к-рых участвуют скопления больших масс вещества. Н. з. т. является основой при изучении движения искусственных небесных тел, в частности искусств, спутников Земли и Луны, космич. зондов. На Н. з. т. опирается гравиметрия. Силы притяжения между обычными макроскопич. материальными телами на Земле могут быть обнаружены и измерены, но не играют сколько-нибудь заметной практич. роли. В микромире силы притяжения ничтожно малы по сравнению с внутримолекулярными и внутриядерными силами.

Ньютон оставил открытым вопрос о природе тяготения. Не было объяснено также и предположение о мгновенном распространении тяготения в пространстве (т. е. предположение о том, что с изменением положений тел мгновенно изменяется и сила тяготения между ними), тесно связанное с природой тяготения. Трудности, связанные с этим, были устранены лишь в теории тяготения Эйнштейна, представляющей собой новый этап в познании объективных законов природы.

Лит.: Исаак Ньютон. 1643 - 1727. Сб. ст. к трёхсотлетию со дня рождения, под ред. акад. С. И. Вавилова, М.- Л., 1943; Б е р-ри А., Краткая история астрономии, пер. с англ., М.- Л., 1946; Субботин М. Ф., Введение в теоретическую астрономию, М., 1968. Ю. А. Рябов.