§3 Гравитационное поле

Гравитационное поле- материальная среда, посредством которой осуществляется гравитационное взаимодействие между телами. Отличительная особенность гравитационного поля состоит в том, что на помещенную в него материальную точку действует сила, пропорциональная массе этой точки. Силовой характеристикой гравитационного поля является его напряженность- векторная величина , равная .

Напряженность гравитационного поля не зависит от массы материальной точки, а является функцией координат точек рассматриваемого поля. В случае нестационарного поля зависит также от времени. Напряженность стационарного гравитационного поля неподвижной материальной точки массой М, находящейся в начале координат определяется по формуле , где - радиус-вектор рассматриваемой точки поля.

Гравитационное поле потенциально, так как сила, действующая на внесенную в него материальную точку массы m – центральная сила. Потенциальная энергия материальной точки в стационарном гравитационном поле равна W_п==.

В силу потенциальности гравитационного поля вводится его энергетическая характеристика- потенциал φ. Потенциал в какой-либо точке гравитационного поля численно равен работе, совершаемой силами поля при перемещении материальной точки единичной массы из этой точки поля в ту точку, где потенциал поля принят равным 0. Для гравитационного поля материальной точки или тела шарообразной формы φ =.

Гравитационные поля удовлетворяет принципу суперпозиции ; φ=.

Рассмотренная классическая теория гравитационного поля достаточно полно описывает только сравнительно слабые гравитационные поля, потенциалы которых |φ| <<с², где с- скорость света в вакууме. Современная (релятивистская) теория тяготения, представляющая единую теорию пространства, времени и тяготения- общая теория относительности, в соответствии с которой геометрические свойства пространства-времени зависят от распределения в пространстве тяготеющих тел и их движения.

Тела, создающие гравитационное поле, искажают реальное трехмерное пространство и по разному изменяют ход времени в различных его точках. В релятивистской теории тяготения было показано, что для произвольных гравитационных полей принцип суперпозиции не выполняется.

С микроскопической точки зрения гравитационное поле состоит из элементарных частиц- квантов поля (гравитонов).

Вопросы для самоконтроля:

1.Что понимают под гравитационным полем?

2.Какую физическую величину называют напряженностью гравитационного поля, и по какой формуле определяется напряженность гравитационного поля материальной точки?

3.Какую физическую величину называют потенциалом гравитационного поля, и по какой формуле определяется потенциал гравитационного поля материальной точки?

4.По какой формуле определяется потенциальная энергия гравитационного взаимодействия двух материальных точек?

5.С каких частиц с микроскопической точки зрения состоит гравитационное поле?