Почему Луна не падает на Землю?

Однажды днем 1665 года, сидя в саду дома своей матери в английском графстве Линкольншир, Исаак Ньютон увидел, как с ветви дерева упало яблоко.

И тут Ньютон задумался: если яблоко упало, потому что у него не было опоры, то почему на Землю не падает Луна, у которой тоже нет опоры?

Несомненно, Исаак Ньютон был не первым человеком, который интересовался, почему Луна не падает на Землю. Однако он был первым, кто дал научно обоснованный ответ на этот многовековой вопрос.

Итак, если кратко, то Луна не падает на Землю, как яблоко, потому что она находится в движении, которое противодействует силе гравитации и удерживает ее на орбите. По этой же причине Земля и прочие объекты Солнечной системы не падают на Солнце, а продолжают вращаться вокруг него (если точнее, то вокруг общего центра масс).

Кроме того, Земля притягивает Луну с меньшей силой, чем яблоко, потому что наш спутник намного тяжелее и находится намного дальше.

Простой эксперимент или почему Луна не падает на Землю

Если вы возьмете веревку (трех метров будет достаточно) и к одному концу прикрепите, допустим, волейбольный мяч, а другой конец закрепите у себя на талии, то во время быстрого вращения вокруг собственной оси вы обнаружите, что веревка натянется и мяч начнет вращаться вместе с нами. Примечательно, что мяч будет повернут к вам одной стороной (как Луна к Земле) и при этом не будет падать на землю или касаться нас. Но стоит резко остановиться, как мяч тут же начнет стремительно приближаться, наматывая веревку вокруг талии до тех пор, пока не соприкоснется с вами. В этом простом эксперименте, как вы уже догадались, вы бы изображали Землю, а мяч — Луну.

Ньютон, став свидетелем падения яблока, со временем понял, что за этим явлением и за движением космических тел стоит одна и та же сила. В 1666 году Ньютон вывел закон всемирного тяготения, описывающий гравитационное взаимодействие тел в рамках классической механики.

Падение без падения

Луна постоянно падает на Землю, которая притягивает ее к себе и не дает «убежать». Однако скорость движения Луны настолько велика, что ее траектория повторяет кривизну Земли и не дает естественному спутнику столкнуться с нами. За это отвечает центробежная сила.

Аналогичный принцип используется в искусственных спутниках Земли, которые ведут себя так же как Луна: падают, но при этом движутся с огромной скоростью. Для выведения спутника на орбиту, его необходимо запустить с фиксированной скоростью, чтобы его траектория движения совпадала с траекторией движения Земли и, таким образом, он мог бы максимально длительное время пребывать на орбите нашей планеты. Когда у аппарата заканчивается топливо — он сходит с орбиты и устремляется к поверхности, сгорая в атмосфере.

Причина, по которой Луна вращается вокруг Земли, заставляет Землю и все другие планеты вращаться вокруг Солнца. Эта центральная звезда имеет огромные размер и массу и обладает абсолютной властью над всем межпланетным пространством. Поскольку расстояния огромны, скорость движения планет и комет вокруг Солнца достаточно низкая (чем дальше от Солнца — тем меньше скорость). Планеты путешествуют по эллиптическим орбитам, мало отличающимся от круговых; кометы движутся по очень вытянутым эллиптическим орбитам, набирая огромную скорость в момент сближения с Солнцем, что позволяет избежать падения на звезду. То есть все объекты Солнечной системы фактически непрерывно падают на Солнце (и вокруг него).

Ньютон и его законы

Исаак Ньютон вывел закон всемирного тяготения, исходя из того факта, что на космические тела и на обычные предметы на Земле действуют одни и те же силы. Закон всемирного тяготения гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными объектами, разделенными расстоянием, прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Например, если бы расстояние от Земли до Луны сократилось вдвое, то сила гравитационного притяжения между ними увеличилась бы в четыре раза.

Три важнейших закона классической механики

Первый закон Ньютона:

Всякая материальная точка продолжает оставаться в состоянии покоя или равномерного движения, пока к нему не будет приложена сила (F).

Второй закон Ньютона:

Эта сила равна произведению массы тела на ускорение его движения (F = ma).

Третий закон Ньютона:

Каждому действию всегда есть равное противодействие (F1 = -F2).

Читайте также: Как узнают химический состав звезд? Как была доказана однородность Вселенной?