Newton nel 1687, afferma che due corpi si attirano con una forza che è direttamente proporzionale alle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Questa forza è chiamata forza o attrazione gravitazionale.
L'attrazione gravitazionale influenza anche i rapporti tra la Terra e i corpi sopra o vicini ad essa e viene indicata con l'espressione forza di gravità. La forza di gravità è diretta verso il centro della Terra, dove si concentra la maggior parte della sua massa e si può esprimere con la formula:
F = mg
dove m è la massa del corpo che viene attratto, mentre la grandezza
indicata con g è chiamata intensità del campo gravitazionale o
accelerazione di gravità.
La forza di gravità è responsabile del peso dei corpi.
Nell' effettuare le misure della gravità della Terra, solitamente non si fa riferimento alla forza gravitazionale ma piuttosto all' accelerazione gravitazionale g . L' accelerazione gravitazionale è indice della rapidità con cui cambia la velocità di un corpo sottoposto alla forza gravitazionale. Se, per esempio, si lascia cadere una roccia da una scogliera, la roccia non si limiterà a cadere, ma la sua velocità aumenterà mentre cade.
L'accelerazione gravitazionale esercitata su un corpo risulta essere direttamente proporzionale alla massa della Terra Mterra e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra il centro delle due masse, r . L'accelerazione gravitazionale non dipende dalla massa del corpo che viene attratto.
In sintesi:
dove G è la costante di gravitazione universale.
Essendo inversamente proporzionale al quadrato della distanza dal centro della
Terra, g varia con l’altitudine perché con l'altitudine varia la
distanza dal centro della Terra. Essendo la Terra leggermente schiacciata ai
poli, la gravità varia anche con la latitudine. All’equatore il
valore di g è 9,78 metri al secondo ogni secondo, mentre ai poli è
di 9,831 metri al secondo ogni secondo. Il valore universalmente utilizzato
nei calcoli è di 9,81 m al secondo ogni secondo. Pertanto, trascurando
la resistenza dell’aria, ogni corpo in caduta libera incrementa la sua
velocità di 9,81 metri al secondo per ogni secondo della sua caduta.
Inoltre la gravità è influenzata dalla distribuzione delle masse
rocciose sulla superficie della Terra e nel sottosuolo e nello stesso luogo
può variare nel tempo in dipendenza di vari fattori come, per esempio,
le maree.
La gravità si misura con strumenti chiamati gravimetri. Si chiama gravimetria la scienza che studia la gravità terrestre, i valori del campo gravitazionale e le sue variazioni.
L' accelerazione gravitazionale può essere misurata direttamente lasciando
cadere un oggetto e misurando la rapidità con cui cambia la sua velocità
(accelerazione ) mentre cade. Tradizionalmente, questo è il metodo attribuito
a Galileo Galilei . In questo esperimento, Galileo lasciò cadere corpi
con massa diversa dalla Torre di Pisa trovando che l' accelerazione gravitazionale
a cui è sottoposto un corpo è indipendente dalla sua massa.
Anomalie di gravità
Se i valori della forza di gravità misurati si correggono per tenere
conto dell’altitudine, della latitudine e della topografia e li si riporta
al livello medio del mare, si ottiene il valore medio convenzionale di gravità.
Questo valore dovrebbe essere costante in ogni punto della Terra; in realtà
ciò non si verifica sempre, perché in certe zone si riscontrano
scarti positivi o negativi dal valore medio convenzionale. Tali anomalie sono
dette anomalie gravimetriche. Le anomalie registrate in zone circoscritte della
crosta derivano dalla presenza nel sottosuolo di masse rocciose particolarmente
leggere (salgemma o idrocarburi) o particolarmente pesanti (giacimenti metalliferi),
o dalla presenza di fratture.
Le anomalie di gravità registrate in settori più vasti della crosta
terrestre possono essere invece causate dalla presenza delle radici di un rilievo
montuoso o da variazione delle strutture geologiche profonde.
Un’anomalia positiva indica quindi la presenza nel sottosuolo di materia più densa e si traduce in un peso leggermente maggiore degli oggetti in superficie. Il contrario avviene dove l’anomalia è negativa.
In geofisica si definisce campo gravitazionale ogni zona, più o meno vasta, in cui esistono masse che generano forze di attrazione gravitazionale.
La conoscenza delle variazioni di gravità permette anche di studiare la struttura interna della Terra, di individuare giacimenti di minerali e di tarare gli strumenti di navigazione usati da aerei, missili e veicoli spaziali.
A causa delle anomalie di gravità i satelliti artificiali non compiono percorsi perfettamente circolari o ellittici attorno alla Terra, ma si avvicinano e si allontanano da essa al variare della gravità. Per esempio, si abbassano sorvolando l’anomalia dell’Oceano Indiano, dove l’attrazione gravitazionale è particolarmente forte.