Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной, G=6.672-10-11 Н*м2/кг2. Силы тяготения всегда являются силами притяжения и направлены вдоль прямой, проходящей через взаимодействующие тела. Ввиду малой величины G сила гравитационного взаимодействия может быть значительной только в случае больших масс.
Под действием силы притяжения к Земле все тела падают с одинаковым относительно поверхности Земли ускорением g, которое называют ускорением свободного падения. Поэтому в системе отсчета, связанной с Землей, на всякое тело массой действует сила, называемая силой тяжести.
Ускорение свободного падения изменяется вблизи поверхности Земли с широтой в пределах от 9,780 м/с2 на экваторе до 9,832 м/с2 на полюсах. Это обусловлено суточным вращением Земли и ее сплюснутостью у полюсов. Для решения практических задач используется значение g=9.81 м/с2.
Сила тяжести приближенно равна силе гравитационного притяжения тела к Земле (различие не превышает 0,36 % и обусловлено тем, что система отсчета, связанная с Землей, из-за её вращения не вполне инерциальная). Для тела на поверхности Земли:
де M – масса Земли, R - радиус Земли.
Для тела, расположенного на высоте от поверхности Земли:
Если подвесить тело (рис.2.2,а) или положить на опору (рис.2.2,б), оно будет покоиться относительно Земли; при этом сила тяжести уравновешивается силой реакции подвеса или опоры (N). По третьему закону Ньютона тело действует на подвес или опору с силой, которую называют весом тела.
Рис.2.2. К определению понятия веса тела
Вес тела P – это сила, с которой тело действует на вертикальный подвес или горизонтальную опору вследствие гравитационного притяжения к Земле.
В отсутствие вертикального ускорения силы Fтяж и N уравновешивают друг друга и Fтяж=-N. Но по третьему закону Ньютона P=-N. Следовательно, P=Fтяж=mg.
Однако вес равен mg только в том случае, если тело и опора (подвес) неподвижны относительно Земли. Если опора (подвес) движется вместе с телом с ускорением a, вес тела равен: