Painovoima

Painovoima on luonnon perusvuorovaikutuksista, joka saa massalliset kappaleet vetäytymään toisiaan kohti. Se vaikuttaa kaikilla etäisyyksillä, mutta sen vaikutus on helpoimmin havaittavissa maanpinnan ja suurten kappaleiden, kuten planeettojen ja tähtien, liikkeissä. Klassisen fysiikan tasolla painovoima voidaan kuvata Newtonin gravitaatiolain avulla.

Newtonin lain mukaan kahden massan m1 ja m2 välillä vaikuttava vetovoima F on F = G m1 m2 / r^2, missä r on massojen keskuskohdien välinen etäisyys ja G on gravitaatiokiihtyvyysvakio. Lähellä Maan pintaa kappaleen liike voidaan kuvata kiihtyvyydellä g, joka on noin 9,81 m/s^2 ja jonka mukaan paino on F = m g. Maa aiheuttaa myös erilaisia gravitaatio- ja potentiaalienergian ilmiöitä, kuten vuorovesi-ilmiön ja kiertoradat.

Nykyinen ymmärrys painovoimasta pohjautuu yleiseen suhteellisuusteoriaan, jossa gravitaatio ei ole voima vaan tilan kaarevuuden seurausta. Massiiviset kappaleet liikkuvat geodeettisillä reiteillä, jotka ovat tilan kaarevuuden seurauksia. Einsteinin kenttäyhtälöt kuvaavat tätä kaarevuutta ja sen vaikutuksia ajassa sekä ajan mittaamiseen ja valon kulkuun.

Historian merkittäviä käänteitä ovat Archimaisen ajan paineen aiheet, Galileo Galilein kokeet vapaan kappaleen putoamisesta ja Isaac Newtonin kehittämä gravitaatiolaki sekä Henry Cavendishin mittaukset G:n arvosta. Tutkimus jatkuu erityisesti kvanttigravitaation ja gravitaation yhdistäminen kokeellisesti pimeyden ja harvinaisten ilmiöiden yhteydessä.