6.4 Pole grawitacyjne, pola sił
Na przykładzie sił grawitacyjnych omówimy ważne w fizyce pojęcie pola . Nasze rozważania rozpoczynamy od umieszczenia masy M w początku układu. W punkcie przestrzeni opisanym wektorem r znajduje się inna masa m. Wektor r opisuje położenie masy m względem masy M więc siłę oddziaływania grawitacyjnego między tymi masami (równanie (6.2)) możemy zapisać w postaci wektorowej
| (6.12) |
gdzie znak minus wynika z faktu, że wektor F jest zwrócony przeciwnie do wektora r. Zwróćmy uwagę, że siłę tę możemy potraktować jako iloczyn masy m i wektora γ(r) przy czym
| (6.13) |
Definicja Wektor γ(r) dany równaniem (6.13) nazywamy natężeniem pola grawitacyjnego. |
Zwróćmy uwagę na to, że jeżeli w punkcie r umieścilibyśmy dowolną masę np. m' to zawsze możemy zapisać siłę jako iloczyn masy m' i tego samego wektora γ(r).
| (6.14) |
Widzimy, że wektor γ(r) nie zależy od obiektu na który działa siła (masy m') ale zależy od źródła siły (masa M) i charakteryzuje przestrzeń otaczającą źródło (wektor r). Oznacza to, że masa M stwarza w punkcie r takie warunki, że umieszczona w nim masa m odczuje działanie siły. Inaczej mówiąc masie M przypisujemy obszar wpływu (działania), czyli pole. Na rysunku poniżej jest pokazany wektor γ(r) w wybranych punktach wokół masy M.
Rys. 6.4. "Mapa" natężenia pola grawitacyjnego wokół masy M
Zwróćmy uwagę, że rozdzieliliśmy siłę na dwie części. Stwierdzamy, że jedna masa wytwarza pole, a następnie to pole
działa na drugą masę. Taki opis pozwala uniezależnić się od obiektu (masy m') wprowadzanego do pola.
Z pojęcia pola korzysta się nie tylko w związku z grawitacją.
Jest ono bardzo użyteczne również przy opisie zjawisk elektrycznych i magnetycznych.
Źródłami i obiektami działania pola elektrycznego są ładunki w spoczynku, a pola magnetycznego ładunki w ruchu.
Właściwości pól wytwarzanych przez ładunki elektryczne omówimy w dalszych rozdziałach.
Chociaż pole jest pojęciem abstrakcyjnym jest bardzo użyteczne i znacznie upraszcza opis wielu zjawisk.
Na przykład gdy mamy do czynienia z wieloma masami, możemy najpierw obliczyć w punkcie r
pole pochodzące od tych mas, a dopiero potem siłę działającą na masę umieszczoną w tym punkcie.
Więcej o ... polu grawitacyjnym.
Z polem sił wiąże się nie tylko przestrzenny rozkład wektora natężenia pola, ale również przestrzenny rozkład energii. Właśnie zagadnieniom dotyczącym pracy i energii są poświecone następne rozdziały.
Ten rozdział kończy pierwszy moduł; możesz teraz przejść do podsumowania i zadań testowych.