Гравитационная сила

 Речь будем вести о поле давления шара (например железного). Под центром поля давления подразумевается точка, на равном расстоянии от которой, значения давлений одинаковы.

    Поместим наш шар в кабину космического корабля ( Рис. 1).       

Будем считать, что в кабине корабля полная невесомость, и что давление поддерживается равным одной атмосфере (как на земле).

На наш шар, со всех сторон, будут действовать одинаковые силы от давления воздуха Fa. Силы Fa направлены перпендикулярно к поверхности шара.

Естественно, что этим силам будут противодействовать силы реакции F.

Силы реакции шара лежат на прямых пересекающих центр поля давления шара.

Силы реакции F равны в данном случае силам от давления Fa и уравновешивают друг друга. Сила веса не возникает. Центр поля сил давления совпадает с геометрическим центром симметрии шара.

Переместим наш шар мысленно на поверхность Земли( Рис. 2).

Как известно, давление атмосферы с высотой убывает. Следовательно, чем выше расположена точка на поверхности нашего шара, тем меньше будет сила от давления атмосферы на нее. Например, в пределах одного метра эта сила изменяется очень мало. Однако изменение есть и пренебрегать им нельзя.

Так как давление в верхней части шара (по сравнению с космосом) стало меньше чем в нижней, то центр поля давления изменит место своего расположения. Он переместится вверх от геометрического центра шара. А учитывая, что давления на правую и левую части шара одинаковые, он будет находиться на вертикальной оси симметрии шара. (См. Рис. 2)

Конкретное положение точки центра давления зависит от вида материала, из которого изготовлен шар, от вида вещества среды, разности сил атмосферного давления, в месте где он находится, и радиуса шара.

Величину отклонения центра поля давления от геометрического центра шара назовем эксцентриситетом поля давления шара  E .

Если материал, из которого изготовлен шар, тяжелее воздуха, то центр поля давления находится выше геометрического центра шара.

Фактическое расстояние ОА или эксцентриситет поля давления для железного шара радиусом в 1 метр равен примерно 1,0165125   метра.

Разложим силу Fa на две составляющие Fp и Fd. Сила Fd направлена к центру поля давления и уравновешивается силой реакции F. Силы Fp остаются неуравновешенными.

Сумма проекций вертикальных составляющих сил Fp на ось Ох и есть сила веса шара. В данном случае, во всех точках приложения к телу, она направлена вниз. (См. Рис. 4)

              Рис. 4.

Сумма горизонтальных составляющих сил Fp на ось Ох приводит к сдавливанию шара. При этом давление в нижней части шара становится большим, чем в верхней.

На рисунке 4 изображены для наглядности только силы Fp и сумма проекций этих сил на ось Ох – сила веса Р.

Таким образом, вес вещества - это сила с которой вещество окружающей среды (для нашего случая это воздух) толкает данное вещество (например железный шар) в направлении к центру поля давления Земли.

Точка приложения силы веса  находится на вертикальной оси, соединяющей центры полей Земли, и наблюдаемого вещества (например железного шара).

Сила веса может иметь как положительный, так и отрицательный знак.

Расчеты силы веса, произведенные по выше описанной схеме, подтверждают справедливость данной теории.

Вес шара можно рассчитать по формуле Штумпфа :

Отношение r/E есть величина постоянная для каждого вещества, поэтому можно составить соответствующие таблицы. Например для железа r/E примерно равно 0,9837561, для золота - 0,40145. (См. раздел "Таблица Эксцентриситетов".)