Закон всемирного тяготения

На поверхности Земли действует гравитационное поле, создаваемое силой притяжения массы Земли F и центробежной силой P, возникающей вследствие вращения Земли вокруг своей оси (рис. 18)

Рис. 18. Гравитационные и центробежные силы Земли: F – сила притяжения; P – центробежная сила; g – сила тяжести; l – расстояние до оси вращения

Земли; a – большая полуось

Согласно закону тяготения Ньютона, сила притяжения F определяется из выражения:

, (IV.1)

где r – расстояние от центра Земли до притягиваемой точки;

М – масса Земли;

m – масса притягиваемого тела;

G – гравитационная постоянная, равная в системе СИ:

. (IV.2)

Центробежная сила Р пропорциональна радиусу вращения l (рас­стояние от оси вращения) и квадрату угловой скорости w, где Т – средние звездные сутки, в течение которых Земля делает полный оборот (на 360°) вокруг своей оси. Таким образом, Р = w²lcos j;

рад/с. (IV.3)

На экваторе а = 6,378160×10⁸ см, следовательно, сила, действующая на единицу массы на поверхности земного экватора, будет равна:

Р_э = w²а = 3,391584 гал. (IV.4)

На полюсе l_р = 0 и, следовательно, Р_р = 0.

Сила притяжения F направлена вдоль радиуса r к центру Земли, сила Р обратна действию F (рис. 18). Результирующая этих двух сил и будет определять силу тяжести g на поверхности Земли: g = F – Р, или с учетом (IV.1) и (IV.4)

, (IV.5)

где l – расстояние от оси вращения Земли до точечной массы m на поверхности. Направление вектора g совпадает с линией отвеса, на конце которого подвешен груз с некоторой массой m.

Величина g имеет размерность LT ^-2, где L – длина, Т – время, т. е. представляет собой ускорение силы тяжести в данной точке земной поверхности. Единицей измерения ускорения силы тяжести в системе СГС служит гал: 1 гал = 1см/с². В практике гравитационных наблюдений используется более мелкая величина – миллигал (мгал): 1 мгал= =10^-3 гал. Точность современных относительных наблюдений с помощью гравиметров превышает 0,01 мгал, абсолютных наблюдений на стационарных установках – 0,01×10^-3 мгал (Мельхиор, 1976).