Painovoima: Määritelmä, kaavat, esimerkkiongelmat (täydellinen)
Painovoima tai gravitas on houkutteleva voima, joka tapahtuu kaikille hiukkasille, joilla on massa universumissa.
Sanalla painovoima on merkitys yhdestä neljästä tässä universumissa olemassa olevasta perusvoimasta. Lue lisää alla olevasta katsauksesta.
Sisällysluettelo
Määritelmä Painovoima
Painovoima on tärkein voiman tyyppi, koska yhtälöä ei voida supistaa yksinkertaisemmaksi voimaksi (perusvoima).
Tämä painovoima tapahtuu, koska kohteen massa kohdistaa houkuttelevan voiman esineisiin, joilla on myös massa.
Kun tehdään vertailu, Painovoima on silloin suoraan verrannollinen kohteen massaan ja kääntäen verrannollinen kohteen etäisyyden neliöön.
Painovoimalla on universaalit tai kattavat ominaisuudet, joten se koskee kaikkia maailmankaikkeuden esineitä.
Tämä painovoima aiheuttaa houkuttelevan voiman kaikkien hiukkasten välillä, joilla on massa, joten ne seuraavat painovoimaa.
Sillä voidaan vastata kaikkiin luonnonilmiöihin, kuten miksi planeetat pyörivät auringon ja kuu ympäri maapalloa.
Vastaus yllä olevaan kysymykseen johtuu painovoimasta.
Kitkavoima ei sisälly perusvoimaan, koska tämä voima syntyy atomien ja molekyylien välisestä vuorovaikutuksesta kahdella pinnalla, jotka hierovat toisiaan.
Painovoima yleisessä suhteellisuudessa
Kun tulkitaan klassisessa käsitteessä.
Painovoima on ominaisuus, joka syntyy jokaisessa esineessä, jolla on massa ja jolla on houkuttelevat ominaisuudet.
Erona on, että yleisesti suhteellisuusteorian mukaan painovoima on osa aikaa ja tilaa. Joten se voidaan tulkita kolmiulotteiseksi ajaksi.
Esimerkiksi, kun asetat pallon joustavalle pinnalle, sitä käsitellään kaksiulotteisena tilana.
Tämä luo pintatilan liikkumiselle rajoituksen, joka näkyy vain kahdessa ulottuvuudessa.
Joustavalla alueella voit liikkua kolmessa ulottuvuudessa ja se liittyy ajan kulumiseen.
Kun joustavaa esinettä liikutetaan tasaisella tasolla, sillä on massa. Joten se saa objektin liikkumaan alaspäin, mikä tarkoittaa, että esine liikkuu kolmessa ulottuvuudessa ja siihen vaikuttaa aika.
Joten Albert Einstein totesi, että yleinen suhteellisuusteoria on suhde kolmiulotteisen liikkeen ja ajan välillä.
Painovoiman kaava / Newtonin yleisen painovoiman laki
Voit laskea painovoiman arvon käyttämällä alla olevaa kaavaa.
Painovoiman kaava:
F = G m1m2/ r2
Tiedot:
G = painovoima (6,67 10-11 m3 / kgs2)
m1 ja m2= kahden esineen massa (kg)
r = kahden kohteen välinen etäisyys (m)
F = painovoima (N) (voimayksikkö)
Kansainvälisessä järjestelmässä F mitattuna newtoneina (N), m1 ja m2 kilogrammoina (kg), r metreinä (m) sekä vakio G suunnilleen yhtä suuri kuin 6,67 × 10−11 N m2 kg−2.
Näistä yhtälöistä se voidaan johtaa yhtälöksi painon laskemiseksi.
Esineen sisäinen paino on kohteen massan ja painovoimasta johtuvan kiihtyvyyden tulo.
Yhtälö voi olla seuraava: W = mg. w on kohteen paino.
m = massa, g = painovoimasta johtuva kiihtyvyys. Tämä painovoiman kiihtyvyys vaihtelee paikasta toiseen.
Gravitaatiokiihdytyskaava tai painovoimakenttä:
g = G M / R2
g '= G M / (R-h) 2
M '= MV' / V
M '= M (R-h) 3 / R3
g '= g (R-h) / R
Tiedot:
g = painovoimasta johtuva kiihtyvyys maa (m / s2)
g '= painovoimasta johtuva kiihtyvyys planeetalla (m / s2)
G = painovoimavakio (6,67 10-11 m3 / kg2)
R = kahden kohteen välinen etäisyys (m)
h = kohteen korkeus (m)
M = maapallon massa (kg)
M '= planeetan massa (kg)
Voit käyttää yllä olevaa kaavaa vertailumateriaalina työskennellessäsi objektin tuottaman painovoiman arvon laskemisessa.
Esimerkkejä painovoimaongelmista
Tässä on joitain esimerkkejä painovoiman asiasta, mukaan lukien seuraavat:
1. On olemassa planeettoja A ja B, joiden massasuhde on 2: 3. Sormien suhteen suhde on 1: 4. Jos planeetan A paino on w, mikä on kohteen paino planeetalla B?
Vastaus:
Tunnetaan:
mA = 2
mB = 3
RA = 1
RB = 4
M = m
WP = m
Vastaus:
w = GMm / r2
wA = G mA m / rA2
wA = 2Gm / 12
m = w / 2G
wB = G mB m / rB2
wB = G3m / 42
wB = 3Gm / 16
wB = (3G / 16) (w / 2G)
wB = 3 w / 32
Edellä olevasta laskelmasta saadaan, jos kohteen B paino on etäisyydellä R on 3w / 32.
2. Jos kummankin planeetan massa on 2 x 1020 kg ja 4 x 1020 kg, on kahden planeetan keskipisteiden välinen etäisyys 2 x 105 km. Laske sitten kahden planeetan välisen vetovoiman suuruus!
Vastaus:
m1 = 2 x 1020 kg
m2 = 4 x 1020 kg
r = 2 x 105 km = 2 x 108 m
F = Gm1.m2r2
F = 6 672,10-112.1020 x 4.1020(2.108)2
F = 1,33,1014 N
3. Kahden objektin voimakkuuden suhde maan painovoimakenttään, missä toinen on maan pinnalla ja toinen R: n korkeudella maan pinnasta (R = maan säde) on?
Vastaus:
r1 = R (maan pinnalla)
r2 = R + 12R = 32R
Vertaa kahta painovoimakenttäyhtälöä:
g1g2 = G.mr12
G.mr12 = r22 r12
g1g2 = (3 / 2.R) 2
R2 = 9: 4
Joten painovoimakentän medanin suhde eli 9: 4
4. Maapallolla on kiihtyvyys 9,8 m / s2: n painovoiman vuoksi. Mikä on painovoimasta johtuvan kiihtyvyyden arvo maan pinnasta tulevaan korkeuteen R nähden? (R: maan säde)
Vastaus:
Tunnetaan:
h = R
g = 9,8 m / s2
Vastaus:
g '= G M / (R + h) 2
g '= G M / (2R) 2
g '= g / 4
g '= 2,45 m / s2
Joten voidaan päätellä, jos painovoiman arvo tapahtuu esineillä korkeudella R on 2,45 m / s2.
5. Tiedetään, että planeettoja on 2, joiden massa on erilainen, nimittäin 4 × 1020 kg ja 2 × 1020 kg. Kaksi planeettaa ovat 2 × 105 km: n päässä toisistaan. Mikä on kahden planeetan välinen painovoima?
Vastaus:
m1 = 2 x 1020 kg
m2 = 4 x 1020 kg
r = 2 x 105 km = 2 x 108 m
F = G m1.m2r2
F = 6672,10-11 2,1020 x 4,1020 (2,108) 2
F = 1,33,1014 N