O gravitačním a tíhovém poli - díl třetí

Potenciální energie v centrálním poli:

Při přemisťování tělesa o hmotnosti m₂ v poli (pevného vůči souřadné soustavě) tělesa o hmotnost m₁ se koná práce. Ta se mění v potenciální energii podle vztahu

E_p1 = W + E_p2

Poněvadž síla působící na přemisťované těleso se mění s polohou, je nutno práci počítat integrací. Z dalších úvah vyplyne, že potenciální energie v grav. poli je určena vztahem

E_p = -κ[(m₁m₂)/r].

neboť je dohodou stanoveno, že při nekonečné vzdálenosti těles je potenciální energie soustavy nulová.

Potenciál centrálního pole:

Při dané hmotnosti tělesa m₁ je potenciální energie závislá také na hmotnosti m₂. Poněvadž je také funkcí vzdálenosti, nabízí se možnost popisu gravitačního pole pomocí potenciální energie, vztáhneme-li ji na jednotkovou hmotnost. Tím obdržíme veličinu gravitační potenciál , definovanou vztahem

Φ_g = E_p/m₂ = -κ(m/r),

upustíme-li od indexování; m je hmotnost tělesa, vytvářejícího pole.

Uvnitř duté koule je gravitační potenciál stálý, ne však uvnitř plné koule. Závislost na vzdálenosti je uvedena v grafu. Na vodorovné ose je vzdálenost od středu koule v násobcích jejího poloměru, na svislé ose potenciál v násobcích potenciálu na povrchu koule. V intervalu ‹0; R› je grafem parabola, pro r ≥ R je grafem hyperbola.

Ekvipotenciální hladina:

V prostoru kolem tělesa vytvářejícího pole existují množiny bodů se stejným potenciálem. Nazývají se ekvipotenciálními hladinami (tj. hladinami stálého potenciálu). V poli tvořeném koulí jsou těmito hladinami soustředné kulové plochy. V homogenním poli to jsou rovnoběžné roviny.

Vztah mezi intenzitou a potenciálem:

Mezi intenzitou pole a potenciálem pole platí důležitý vztah, vyjádřený tvrzením, že intenzita je rovna záporně vzatému potenciálnímu spádu. Znamená to, že v daném místě pole má intenzita směr, ve kterém se potenciál s polohou snižuje "nejrychleji". Lze to vyjádřit rovnicí

K = -gradφ_g.

Symbol grad se čte gradient, jehož složkami jsou derivace potenciálu (v tomto případě) podle souřadnic x, y, z. Vektor K má v každém bodě hladiny směr normály hladiny (lidově řečeno, je na hladinu "kolmý").

Reference:
[1] Internet, www.wikipedia.org
[2] Kleczek J., Švestka Z., Astronomický a astronautický slovník (Orbis, Praha 1963)
[3] Železný V., Návraty první dámy (Panorama, Praha, 1986)