Согласно теории Ньютона, между всеми телами во вселенной действуют силы взаимного притяжения. Изучая законы движения планет, Исаак Ньютов в 1682 году открыл Закон всемирного тяготения, который описывает это взаимодействие.
Закон всемирного тяготения. Все тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратнопропорционален квадрату расстояния между ними.
- закон всемирного тяготения.
G – постоянная всемирного тяготения или гравитационная постоянная.
G = 6,67 · 10 -11 Н·м2/кг2
Силы тяготения всегда является силами притяжения. Действуют силы тяготения всегда попарно (по третьему закону Ньютона), векторы сил тяготения приложены к центрам масс тел и направлены вдоль одной прямой навстречу друг другу.
На основе закона всемирного тяготения и законов динамики объясняются многие явления: движение планет в Солнечной системе, движение искусственных спутников Земли, движение тел вблизи поверхности Земли .
Мы живем на планете Земля и наблюдаем проявление силы всемирного тяготения в притяжении всех тел к Земле.
Силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности называют сила тяжести.
Обозначим массу Земли – М, массу тела – m, радиус Земли – R, тогда сила тяготения
Он же и есть сила тяжести.
m - масса тела
g – ускорение свободного падения.
Сила тяжести это гравитационная сила, приложенная к центру тела и направленная к центру Земли.
В отсутствие других сил тело свободно падает на Землю с ускорением свободного падения. Среднее значение ускорения свободного падения для различных точек поверхности Земли равно 9,81 м/с2.
Значит g не зависит от массы тела.
На высоте h ускорение свободного падения равно 
При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния r до центра Земли.
Силу тяжести с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. В отличие от силы тяжести, являющейся гравитационной силой, приложенной к телу, вес – это упругая сила, приложенная к опоре или подвесу (т.е. к связи).
Вес тела – это сила, с которой тело в результате притяжения к Земле действует на опору или подвес.
Если тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальной опоре, то на тело действуют две силы: сила тяжести Fт=mg, направленная вертикально вниз, и сила упругости Fупр=N, с которой опора действует на тело. Силу N называют силой реакции опоры (силой нормального давления). По третьему закону Ньютона, тело должно действовать на опору с некоторой силой, равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону. По определению, эта сила и есть вес тела: P=-N.
Если тело неподвижно относительно опоры или подвеса, то P=Fт=mg, то есть вес тела равен силе тяжести. Но эти силы приложены к разным телам!
Вес тела можно определить при помощи динамометра. Если тело неподвижно висит на пружине, то роль силы реакции опоры (подвеса) играет упругая силы пружины. По растяжению пружины можно определить вес тела.
Вес тела в различных условиях движения.
1. опора покоится или движется равномерно
N = mg – сила реакции опоры равна силе тяжести.
P = N значит P = mg
Вес тела равен действующей на тело силе тяжести.
2. опора движется с ускорением a вверх.
N – mg = ma - второй закон Ньютона
N = mg + ma
P = N = m(g + a)
P > mg
Вес тела, движущегося с ускорением направленным вверх больше силы тяжести.
Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называется перегрузкой.
Небольшие перегрузки испытывают пассажиры самолета при взлете. Большие перегрузки испытывают летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, особенно на сверхзвуковых самолетах; космонавты при взлете космической ракеты.
3. опора движется с ускорением а вниз.
mg - N = ma - второй закон Ньютона
N = mg - ma
P = N = m(g - a)
P < mg
Вес тела, движущегося с ускорением вниз уменьшается.
Падение тел в вакууме без начальной скорости называется свободным падением. При свободном падении a=g из формулы P=m(g - g) следует, что P = 0, т.е. вес тела отсутствует. Говорят, что тело находится в состоянии невесомости.
Невесомость - состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести.
Состояние невесомости возникает, например, в кабине космического корабля при его движении по орбите с выключенными реактивными двигателями.