Закон всесвітнього тяжіння був відкритий Ісааком Ньютоном ще в 17 столітті. Згідно з цим законом існує сила тяжіння між матеріальними тілами. При цьому величина цієї сили ніяк не залежить від фізичних властивостей тіл, і їх хімічного складу. Також на силу тяжіння між тілами не впливають середовище, в якому вони знаходяться і наявність або відсутність руху тіл відносно один одного або в навколишньому середовищі.
Формулюється закон всесвітнього тяжіння так: два матеріальних об'єкта притягуються один до одного з силою, яка прямо пропорційна масам тіл і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Формула 1 - закон всесвітнього тяжіння.
Сила тяжіння спрямована вздовж прямої, яка з'єднує тіла. Також у формулі присутній так звана гравітаційна стала. Ця постійна дорівнює силі тяжіння виникає між двома матеріальними точками, які знаходяться на відстані в один метр і мають масу в один кілограм.
Малюнок 1 - сила тяжіння між тілами.
Силу тяжіння декількох матеріальних точок можна уявити як геометричну суму сил створюваних кожною точкою окремо. З цього випливає, що закон всесвітнього тяжіння можна застосувати не тільки до матеріальних точок, а й до матеріальних тіл будь-якої форми. Тобто тіло можна представити у вигляді суми деякої кількості матеріальних точок. Наприклад, якщо взяти куля то сила гравітаційної взаємодії буде точно така ж, як і у матеріальної точки, якщо відстань вимірювати від центру кулі.
Гравітаційну постійну можна визначити з того ж закону всесвітнього тяжіння. Вся складність полягає в тому, що сили тяжіння між тілами досить малі. І щоб їх виміряти, потрібні досить тонкі інструменти. Наприклад, сила взаємодії між об'єктами масою 50 Кг становить одну мільярдну Ньютона. Проте, Кавендіш все-таки провів експеримент по встановленню гравітаційної постійної.
Формула 2 - Гравітаційна постійна.
Суть експерименту полягає в тому що: на стрижень довжиною в 2 метри були надіті два невеликих кулі діаметром в 5 см. Цей стрижень був підвішений на тонкій нитці. Навпаки невеликих куль закріплювалися більш важкі і більші кулі діаметром в 20 см. Вся ця система називається крутильні ваги. Руху куль підвішених на нитки перешкоджає тільки пружність нитки. У підвішеному стані маленькі кулі починали притягатися до великих, що в свою чергу доводило існування гравітаційних сил.
Малюнок 2 - Визначення гравітаційної постійної.