Понимание силы тяжести Земли: законы, формулы и примеры
Определение силы тяжести
Гравитация - это сила притяжения, которая существует между всеми частицами, имеющими массу во Вселенной.
Пример: яблоко падает на землю из-за силы тяжести земли, притягивающей яблоко к центру тяжести земли.
Почему, если мы упадем, должны упасть? Или почему, если мы подбрасываем предмет вверх, он всегда снова падает? Если мы ходим, сидим, стоим, спим, почему кажется, что все предметы на этой земле прилипают к поверхности земли / пола или земли? Ответ в том, что есть сила, которая всегда тянет нас вниз.
Сила, которая всегда тянет нас вниз, называется гравитационной силой. Гравитация присутствует во всех объектах. Чем больше масса / вес объекта, тем большую гравитационную силу он вызывает.
Наша Земля представляет собой очень большой шар, поэтому у Земли есть большая гравитационная сила, которая может притягивать все, что находится поблизости (дома, люди, камни, животные, даже Луна и спутники, вращающиеся вокруг Земли) мы). Следовательно, даже если мы находимся на дне земного шара, мы не упадем из-за гравитационной силы Земли, которая направлена к центру земного шара.
Мы также объект, обладающий гравитационной силой. Но почему ручки, книги или небольшие предметы вокруг нас не прилипают к нашему телу? Да, конечно, потому что гравитационная сила наших тел уступает гравитационной силе Земли, в которой мы живем. Тогда почему птиц, воздушные шары, самолеты, ракеты не привлекает гравитационная сила Земли? Это потому, что у этих объектов есть другие силы, которые могут противодействовать силе тяжести, так что они могут плавать / отпускать, не оставаясь липкими / прикрепленными к поверхности земли.
Определение силы тяжести земля
Часто мы видим плоды, которые падают с дерева. Например, манго в сезон плодоношения. Утром его много уже на земле прямо под деревом. Часто мы также видим новости по телевидению, самолет, который разбился, когда в атмосфере была плохая погода. Возможно, с нами чаще всего происходит то, что что-то, за что мы держимся, просто соскальзывает и падает на землю. Все приведенные выше примеры показывают, что все, что упадет, обязательно упадет на землю, на поверхность земли. Даже не взлетая в небо.
Падение предметов на земную поверхность происходит под влиянием земного притяжения. Эту силу часто называют гравитационным притяжением Земли. Это потому, что эта сила всегда притягивает все объекты к поверхности земли.
Гравитационная сила Земли воздействует на все объекты на поверхности Земли или рядом с ней. Этот стиль влияет даже на луну. Гравитационная сила Земли заставляет объекты иметь вес, поэтому они не плавают в воздухе и не выбрасываются в космос.
На силу гравитационной силы Земли на объекты влияет расстояние объекта от центра Земли. Чем дальше объект находится от центра Земли, тем меньше у него гравитационной силы. Возьмем, к примеру, космонавтов. Когда космонавты находятся в космосе, они будут чувствовать себя легче и плавать. Это связано с тем, что на него не влияет земная гравитация, потому что расстояние от космонавтов до центра Земли очень велико, поэтому они не имеют веса и могут плавать.
В отличие от объектов, находящихся близко к поверхности земли. Объекты, которые находятся близко к поверхности земли, будут иметь вес, и если они упадут, движение объекта при падении будет ускоряться, когда объект приблизится к земле. И после того, как объект окажется на земле, он останется на месте, потому что сила тяжести все еще действует.
Вы когда-нибудь роняли хлопок и камень вместе? Вы когда-нибудь роняли вместе два листа бумаги, один в виде листа, а другой, смешанный в комок равного веса? Если вы когда-либо делали это, вы обнаружите, что камень достигает земли раньше хлопка. И также пачка бумаги идет перед листом бумаги. Почему это так? Некоторые говорят, что это был вес, который заставил два объекта застегнуть молнию, когда они упали на землю. Это вес, который заставляет два объекта падать с разной скоростью. Возможно, для камня и хлопка это выглядит разумным и разумным, потому что разница в весе между двумя объектами очень велика. Кажется, что вес определяет разницу в скорости падения двух объектов. Но для бумаги в виде листов и комков разница в весе недопустима и не может быть причиной разной скорости падения двух листов. Потому что два листа бумаги имеют одинаковый вес. Единственная разница в форме: один в виде листа, а другой в виде комка. Что ж, можно сделать вывод, что вес объекта не влияет на скорость падения объекта, не влияет на гравитацию Земли как спусковой механизм для падающих объектов и имеет скорость падения. Однако именно форма влияет на скорость падающих предметов. Почему форма? Разве это не вес?
Если мы посмотрим на два листа бумаги равного веса, один в виде листа, а другой в виде комка, упадут вместе. Затем выясняется, что сначала на землю упал комок бумаги. Это потому, что площадь поверхности комков бумаги меньше, чем у листовой бумаги. Таким образом, трение воздуха о комки бумаги меньше, чем о листовую бумагу. Бумага в виде листов получит большую силу трения воздуха из-за большей площади и ширины этой силы трения. сопротивляется и противоположно направлению силы тяжести, поэтому движение листа бумаги при падении будет медленнее, чем движение бумаги комочки.
Что, если бы у Земли не было гравитационной силы? Конечно, мы поплывем и будем брошены в космос, потому что у нас нет веса. Не только мы, люди, живые и другие неодушевленные предметы тоже будем такими. Реки, озера и океаны высохнут, потому что вода легко уходит в космос. Слои атмосферы Земли, состоящие из различных газов, выбегут в космос. Камни полетят, как газовый шар, продолжая свой путь в космос.
Закон всемирного тяготения Ньютона
Согласно Ньютону, если есть два объекта с массой, сближенные друг с другом, между массами возникнет гравитационная сила или сила притяжения. Величина этой гравитационной силы соответствует закону Ньютона, который гласит: «Все объекты в природе будут притягивать другие объекты с силой, которая пропорциональна произведению масс частиц, обратно пропорциональных квадрату расстояния».
Вышеупомянутые проблемы были изучены сэром Исааком Ньютоном в 16 веке нашей эры. Ньютон утверждал, что существует «сила на расстоянии», которая позволяет двум или более объектам взаимодействовать. Термин Майкла Фарадея в 18 веке был изменен на термин «поле». Определение поля - это место вокруг физической величины, на которую все еще влияет эта величина в объекте Территории.
определенный. Например, гравитационная сила будет действовать на массу объекта, который все еще находится в гравитационном поле объекта или планеты. Если гравитационным полем можно пренебречь, то это не может повлиять на массу, близкую к величине объекта. Таким образом, вы можете понять, почему лист с массой меньше, чем у Луны, с гораздо большей массой может быть притянут землей. В своем исследовании Ньютон пришел к выводу, что сила тяжести или сила притяжения могут применяться одновременно. универсален и пропорционален массе каждого объекта и обратно пропорционален квадрату второго расстояния объект.
Математически закон всемирного тяготения Ньютона можно записать следующим образом:
Информация:
- F = сила тяжести (Н)
- M = масса объекта 1 (кг)
- m = масса объекта 2 (кг)
- r = расстояние между двумя объектами (м)
- G = гравитационная постоянная (6,67 x 10-11) Н.м2/kg2
Универсальный закон всемирного тяготения
Мы можем просто объяснить закон всемирного тяготения, начав с эмпирических фактов, открытых Кеплером. Для простоты анализа мы предполагаем, что планеты движутся по круговым траекториям радиуса r с постоянной скоростью v.
Поскольку планета движется по круговой траектории, планета испытывает центростремительное ускорение, которое задается:
равна массе планеты, умноженной на ее центростремительное ускорение, поэтому величина силы может быть сформулирована как:
где k - коэффициент пропорциональности. С помощью уравнения третьего закона Кеплера величина силы в уравнении 2 может быть записана как:
Согласно третьему закону Ньютона, конечно, также будет сила, действующая на Солнце со стороны планеты, которая равна силе в прессе. (4). Но поскольку теперь он действует на Солнце, конечно, постоянная k0 В прессе. (4) содержит массу солнца M, поэтому логично предположить, что между планетами и солнцем существует сила притяжения, величина которой определяется выражением:
Постоянная G в уравнении всемирного тяготения может быть определена экспериментально. Кавендиш провел тщательное измерение значения G. Теперь значение всемирной гравитационной постоянной определяется как:
В приведенном выше описании предполагается, что первый и второй объекты являются точечными массами. Для больших объектов, которые нельзя рассматривать как точечные массы, необходимо учитывать вклад каждого элемента массы. По этой причине необходимы вычисления интегрального исчисления. Одно из достижений Ньютона - ему удалось показать с помощью интегрального исчисления, что сферическое тело (также сферическая оболочка) с однородное распределение массы, придаст гравитационной силе точечная масса вне шара с массой шара, как если бы она была сосредоточена в точке центр мяча. Таким образом, мы можем, например, думать о силе тяготения Земли, как если бы она была вызвана точкой массы, расположенной в центре Земли.
Второй закон Кеплера для случая круговых орбит планет показывает только то, что скорость планет вокруг Солнца постоянна. Но в случае реального пути, который представляет собой эллипс, второй закон Кеплера показывает сохранение углового момента. просмотреть изображение
Площадь, охватываемая линией, соединяющей планету с Солнцем в интервале t, определяется как:
Ускорение силы тяжести
Ускорение свободного падения также известно как напряженность гравитационного поля. Гравитационное ускорение - это ускорение объекта под действием силы тяжести. Гравитационная сила Земли - это не что иное, как вес объекта, то есть величина гравитационной силы Земли, действующей на объект. Если масса Земли равна M с радиусом R, то величина гравитационной силы Земли на объект массы m формулируется:
Информация:
- g = ускорение свободного падения (м / с2)
- M = масса объекта 1 (кг)
- R = джри-джри земля (м)
- G = гравитационная постоянная (6,67 x 10-11) Н.м2/kg2
а. Ускорение свободного падения на определенной высоте
Если объект находится на определенной высоте от поверхности земли, ускорение свободного падения можно определить следующим образом:
Информация:
- G = ускорение свободного падения (м / с2)
- MB = масса земли
- R = радиус земли (м)
- h = высота объекта от поверхности земли (м)
б. Ускорение свободного падения на определенной глубине
Если объект находится на определенной глубине (d) от поверхности земли, то ускорение свободного падения можно определить следующим образом:
Предположим, что средняя плотность Земли равна, тогда масса внутренней Земли может быть найдена следующим образом:
Движение с планеты
Первый закон Кеплера
Первый закон Кеплера гласит: «Путь каждой планеты вокруг Солнца представляет собой эллипс с Солнцем в одном фокусе.
Второй закон Кеплера
Второй закон Кеплера гласит: «Каждая планета движется таким образом, что воображаемая линия, проведенная от Солнца к планете, покрывает одну и ту же область за равное время».
Третий закон Кеплера
«Третий закон Кеплера гласит:« Квадрат периода планеты вокруг Солнца пропорционален кубу средней планеты от Солнца ».
Вышеупомянутое отношение можно записать:
а. Определите массу земли
Если масса Земли равна mB и радиус Земли R = 6,38 х 106 м, то массу Земли можно найти из уравнения:,
б. Определите массу солнца
Хорошо известно, что средний радиус земной орбиты составляет 1,5 × 1011 м, а период Земли вокруг Солнца составляет 1 год (3 × 107 с). Приравнивая гравитационную силу Солнца и центростремительную силу, мы получаем:
Гравитационно потенциальная энергия
Работа, совершаемая гравитационной силой над объектом массы M (который, как предполагается, находится в центре координат) на другом объекте массы м, что вызывает смещение второго объекта на расстояние ра к рб дан кем-то:
Знак минус в приведенной выше силе, потому что направление силы - к центру координат. Из приведенных выше результатов ясно, что сила тяжести является консервативной. Таким образом, мы можем определить концепцию гравитационной потенциальной энергии через
Если мы предположим, что ra находится на бесконечности и rb = r, и предположим, что на бесконечности гравитационный потенциал исчезает (= ноль), то мы получаем
Для высоты у поверхности земли подбираем пресс. (7.13) ra = R, радиус Земли (= расстояние земной поверхности от ее центра), и rb = R + h. Тогда предполагается, что U (R) = 0, тогда получаем гравитационную потенциальную энергию:
Но величина - не что иное, как ускорение силы тяжести Земли g, поэтому для высот около поверхности земли
Источник:
- Проф. Доктор Х. Байонг Тьясёно HK., DEA.2009. Науки о Земле и космосе. Бандунг: аспирант УПИ.
- Рахарто, М. 2002 г.Вселенная как образовательная лаборатория: MIPA.
- Росиди, И. 1983.Вселенная.Джакарта: Галия Индонезия.
- Сатриаван, Мирза.2012. Основы физики. Фмипа: УПИ.
- Сунарди.1988.Исследование аномалии Буге по ускорению силы тяжести в горах. ФМИПА: УГМ.
- Семинар IPBA. 2002. Непрерывное образование.: Физика ФПМИПА: УПИ.
- Танудиджая, М. 1996 г. Наука о Земле и космосе. Джакарта: Министерство образования и культуры.