Почему гравитацию называют силой?

Question

Согласно Второму Закону Ньютона, сила придает телу ускорение, обратно пропорциональное его массе. Но ведь гравитация придает телам разной массы совершенно одинаковое ускорение! Раз так, то она действует совершенно НЕ как сила - не как действовала бы сила электрическая, например, притягивающая тяжелые предметы медленне, чем легкие!

Почему же е тогда называют силой? И почему, в принципе, она такая странная - придает всему одинаковое ускорение, игнорируя разницу массы, которая в общем-то и есть мера СОПРОТИВЛЕНИЯ ускорению?

Answer 1

То, что гравитация придает телам разной массы одинаковое ускорение, кажется странным только на первый взгляд. На самом деле это следствие законов, описывающих гравитационное взаимодействие, и они действительно отличаются от законов, описывающих, например, электростатическое притяжение.

Гравитацию называют силой, потому что она подходит под обще определение силы в классической механике — величины, способной вызвать изменение скорости (ускорение) тела. Второй закон Ньютона гласит, что сила, действующая на объект, равна массе этого объекта, умноженной на ускорение (\ (F = ma\) . В контексте гравитации, гравитационная сила, действующая на объект массой \ (m\) , близко к поверхности Земли, определяется как \ (F = mg\) , где \ (g\) — ускорение свободного падения, приблизительно равное \ (9. 81 м/с^2\) . Эта формула показывает, что сила, действующая на объект, пропорциональна его массе.

Теперь, почему же все тела падают с одинаковым ускорением, несмотря на различие в массе? Это связано с тем, что в выражении для силы гравитационного притяжения (\ (F = mg\) масса объекта одновременно является и источником силы (боле тяжелые объекты испытывают большую силу тяжести) , и мерой инерции объекта (боле тяжелые объекты требуют большей силы для достижения такого же изменения скорости, как и боле легкие объекты) . Эти два эффекта в точности компенсируют друг друга, в результате чего ускорение, получаемое телом под действием гравитации, не зависит от его массы.

Это является проявлением эквивалентности инертной и гравитационной массы, фундаментального принципа, лежащего в основе общей теории относительности Эйнштейна. Инертная масса определяет, как сильно объект сопротивляется изменению своего движения (его инерцию) , в то время как гравитационная масса определяет, как сильно объект притягивается другими массами. Экспериментально подтверждено, что эти две массы эквивалентны, что и объясняет, почему ускорение, вызванное гравитацией, одинаково для всех тел.

В контексте боле современного понимания, в рамках общей теории относительности Эйнштейна, гравитация воспринимается не как сила в традиционном смысле, а как искривление пространства-времени, вызванное наличием массы и энергии. Тела движутся по прямым (в смысле геометрии пространства-времени, называемым геодезическими) в искривленном пространстве-времени, что мы в