Razumevanje gravitacije Zemlje: zakoni, formule in primeri
Opredelitev gravitacijske sile
Gravitacija je sila privlačnosti, ki obstaja med vsemi delci, ki imajo v vesolju maso.
Primer: Jabolko pade na tla zaradi gravitacijske sile zemlje, ki vleče jabolko proti težišču Zemlje.
Zakaj, če pademo, moramo pasti dol? Ali zakaj, če predmet vržemo navzgor, vedno znova pade dol? Če hodimo, sedimo, stojimo, spimo, zakaj se zdi, da se vsi predmeti na tej zemlji držijo površine zemlje / tal ali tal? Odgovor je, da obstaja sila, ki nas vedno vleče navzdol.
Sila, ki nas vedno vleče navzdol, se imenuje gravitacijska sila. Gravitacija obstaja v vseh predmetih. Večja kot je masa / teža predmeta, večjo gravitacijsko silo povzroča.
Naša zemlja je zelo velika krogla, zato ima zemlja veliko gravitacijsko silo, ki jo lahko privlači vse, kar je v bližini (hiše, ljudje, skale, živali, celo luna in sateliti, ki krožijo okoli zemlje mi). Čeprav smo na dnu sveta, ne bomo padli zaradi gravitacijske sile zemlje, ki je usmerjena proti središču sveta.
Smo tudi objekt, ki ima gravitacijsko silo. Toda zakaj se peresa, knjige ali majhni predmeti okoli nas ne držijo našega telesa? Da, seveda, ker je gravitacijska sila naših teles slabša od gravitacijske sile zemlje, v kateri živimo. Zakaj potem ptic, balonov, letal, raket gravitacijska sila zemlje ne privlači? To je zato, ker imajo ti predmeti druge sile, ki lahko nasprotujejo sili gravitacije, zato lahko plavajo / spuščajo, ne da bi ostali lepljivi / pritrjeni na zemeljsko površje.
Opredelitev gravitacijske sile Zemlja
Pogosto vidimo sadje, ki pade z drevesa. Na primer mango v svoji sezoni plodov. Zjutraj ga dobimo že na tleh tik pod drevesom. Pogosto na televiziji vidimo tudi novice, letalo, ki je strmoglavilo, ko je bilo v ozračju slabo vreme. Morda se nam pogosteje zgodi, da nekaj, za kar se držimo, preprosto zdrsne in pade na tla. Vsi zgornji primeri kažejo, da bo vse, kar pade, zagotovo šlo na tla, na površje zemlje. Niti v nebo v nebo.
Na padec predmetov na zemeljsko površje vpliva zemeljska gravitacija. Ta sila se pogosto imenuje gravitacijski vlek zemlje. To je zato, ker ta sila vedno privlači vse predmete proti zemeljski površini.
Zemeljska gravitacijska sila vpliva na vse predmete na zemeljski površini ali v njeni bližini. Ta slog vpliva tudi na luno. Zemeljska gravitacijska sila povzroči, da imajo predmeti težo, zato ne plavajo v zraku in jih ne vržejo v vesolje.
Na moč gravitacijske sile zemlje na predmete vpliva oddaljenost predmeta od središča zemlje. Bolj ko je predmet oddaljen od središča Zemlje, manjšo gravitacijsko silo bo imel. Vzemimo na primer astronavte. Ko so astronavti v vesolju, se bodo počutili lažje in pluli. To je zato, ker zemeljska gravitacija ne vpliva nanjo, ker je razdalja astronavtov do središča Zemlje zelo velika, zato nimajo teže in lahko plavajo.
V nasprotju s predmeti, ki so blizu zemeljske površine. Predmeti, ki so blizu zemeljske površine, bodo imeli težo in ko padejo, se bo padajoče gibanje predmeta pospešilo, ko se bo približal tlom. In ko je predmet na tleh, bo objekt ostal na svojem mestu, ker sila gravitacije še vedno deluje.
Ste kdaj skupaj spustili bombaž in kamen? Ste že kdaj skupaj spustili dva kosa papirja, enega v obliki lista in drugega v obliki zmečkane kepe iste teže? Če ste kdaj to storili, boste ugotovili, da kamnina seže pred tla pred bombažem. In tudi sveženj papirja pride pred list papirja. Zakaj je tako? Nekateri pravijo, da je teža zaradi obeh predmetov padla ob trk ob tla. Zaradi teže oba predmeta padeta z različno hitrostjo. Mogoče se zdi kamen in bombaž razumen in razumen, ker je razlika v teži med obema predmetoma velika. Zdi se torej, da teža določa razliko v hitrosti padca obeh predmetov. Toda za papir v obliki listov in vate je razlika v teži nesprejemljiva in ne more biti razlog, da se hitrost padanja obeh papirjev razlikuje. Ker imata dva papirja enako težo. Razlika je le v obliki, ena v obliki rjuhe, druga pa v obliki kepe. No, lahko sklepamo, da teža predmeta ne vpliva na hitrost padanja predmeta, ne vpliva na zemeljsko težnost kot sprožilec padajočih predmetov in ima padajočo hitrost. Vendar je oblika tista, ki vpliva na hitrost padajočih predmetov. Zakaj oblikovati? Ali ni teža?
Če pogledamo dva kosa papirja z enako težo, eden v obliki lista in drugi v obliki kepe padeta skupaj. Potem so grudice papirja, ki najprej padejo na tla. To je zato, ker je površina grudic papirja manjša od papirja. Tako je trenje zraka proti grudicam papirja manjše kot pri papirju. Papir v obliki listov bo dobil večjo silo trenja zaradi večje površine in širine ta sila trenja se upira in je nasprotna smeri gravitacije, tako da bo padajoče gibanje papirja počasnejše od papirja kepe.
Kaj pa, če zemlja ne bi imela gravitacije? Seveda bomo plavali in nas vrgli v vesolje, ker nimamo teže. Ne samo ljudje, tudi živi in drugi neživi predmeti bomo takšni. Reke, jezera in oceani bodo presahnili, ker voda zlahka izgine v vesolje. Plasti zemeljske atmosfere, sestavljene iz različnih plinov, bodo odletele v vesolje. Kamenje bo letelo kot plinski balon, ki se nadaljuje v vesolje.
Newtonov zakon gravitacije
Po Newtonovih besedah naj bi obstajala gravitacijska sila ali privlačna sila med masama, če sta dva predmeta z maso približana drug drugemu. Velikost te gravitacijske sile je v skladu z Newtonovim zakonom, ki se glasi: "Vsi predmeti v naravi bodo pritegnili druge predmete s silo, ki je sorazmerna zmnožku mas delcev, obratno sorazmernemu kvadratu razdalje."
Zgornje težave je v 16. stoletju našega štetja preučeval sir Isaac Newton. Newton je trdil, da obstaja "sila na daljavo", ki omogoča interakcijo dveh ali več predmetov. Izraz Michaela Faradaya v 18. stoletju je bil spremenjen v izraz "polje". Opredelitev polja je prostor okoli fizične količine, na katero ta količina še vedno vpliva v entiteti ozemlja.
gotovo. Na primer, gravitacijska sila bo delovala na maso predmeta, ki je še vedno v gravitacijskem polju predmeta ali planeta. Če lahko gravitacijsko polje zanemarimo, potem na maso, ki je okoli velikosti predmeta, ne moremo vplivati. Tako lahko razumete, zakaj lahko zemljo potegne list z maso, manjšo od lune z veliko večjo maso. Newton je v svoji raziskavi ugotovil, da lahko gravitacijsko ali privlačno silo uporabimo hkrati univerzalna in sorazmerna masi vsakega predmeta in obratno sorazmerna kvadratu druge razdalje predmet.
Matematično Newtonov zakon gravitacije lahko zapišemo na naslednji način:
Informacije:
- F = gravitacijska sila (N)
- M = masa predmeta 1 (kg)
- m = masa predmeta 2 (kg)
- r = razdalja med obema predmetoma (m)
- G = gravitacijska konstanta (6,67 x 10-11) N.m2/kg2
Univerzalni zakon gravitacije
Zakon univerzalne gravitacije lahko na preprost način razložimo tako, da začnemo z empiričnimi dejstvi, ki jih je odkril Kepler. Za lažjo analizo predpostavljamo, da se planeti gibljejo po krožnih poteh polmera r s konstantno hitrostjo v.
Ker se planet giblje po krožni poti, ima planet centripetalni pospešek, ki ga dobimo z:
je enak masi planeta m, pomnoženi z njegovim centripetalnim pospeškom, zato lahko velikost sile oblikujemo kot:
kjer je k konstanta sorazmernosti. S Keplerjevo enačbo tretjega zakona lahko velikost sile v enačbi 2 zapišemo kot:
Po Newtonovem tretjem zakonu bo seveda obstajala tudi sila, ki deluje na sonce s strani planeta, kar je enako sili v tisku. (4). Ker pa zdaj deluje na sonce, je seveda stalnica k0 v tisku. (4) vsebuje maso sonca M, zato je logično domnevati, da med planeti in soncem obstaja privlačna sila, katere velikost je podana z:
Konstanto G v enačbi univerzalne gravitacije lahko določimo eksperimentalno. Cavendish je natančno izmeril vrednost G. Zdaj je vrednost univerzalne gravitacijske konstante dana z:
V zgornjem opisu se domneva, da sta prvi in drugi predmet točkovna masa. Pri velikih predmetih, ki jih ni mogoče šteti za točkovne mase, je treba upoštevati prispevek vsakega masnega elementa. Zaradi tega so potrebni integralni računski izračuni. Eden od Newtonovih dosežkov mu je s pomočjo integralnega računa uspelo pokazati, da sferično telo (tudi sferična lupina) z homogena porazdelitev mase, bo dala gravitacijsko silo, da je zunaj krogle točka masa z maso žoge, kot da bi bila koncentrirana v točki center za žogo. S tem lahko na primer o zemeljski gravitacijski sili mislimo, kot da jo povzroča masna točka, ki se nahaja v središču zemlje.
Keplerjev drugi zakon za krožne orbite planetov samo kaže, da je hitrost planetov okoli sonca konstantna. Toda v primeru prave poti, ki je elipsa, Keplerjev drugi zakon kaže ohranitev kotnega momenta. ogled slike
Območje, ki ga v presledku t povezuje planet s soncem, je dano z:
Gravitacijsko pospeševanje
Pospešek zaradi gravitacije je znan tudi kot jakost gravitacijskega polja. Gravitacijski pospešek je pospešek predmeta zaradi gravitacijske sile. Gravitacijska sila zemlje ni nič drugega kot teža predmeta, to je velikost gravitacijske sile zemlje, ki deluje na predmet. Če je masa zemlje M s polmerom R, potem je formulirana velikost gravitacijske sile zemlje na predmet mase m:
Informacije:
- g = pospešek zaradi gravitacije (m / s2)
- M = masa predmeta 1 (kg)
- R = jri-jri zemlja (m)
- G = gravitacijska konstanta (6,67 x 10-11) N.m2/kg2
a. Pospeševanje gravitacije na določeni višini
Če je predmet na določeni višini od zemeljske površine, lahko pospešek zaradi gravitacije določimo na naslednji način:
Informacije:
- G = pospešek zaradi gravitacije (m / s2)
- MB = masa zemlje
- R = polmer zemlje (m)
- h = višina predmeta od zemeljske površine (m)
b. Pospeševanje gravitacije na določeni globini
Če je objekt na določeni globini (d) od zemeljske površine, lahko pospešek zaradi gravitacije določimo na naslednji način:
Recimo, da je povprečna gostota zemlje enaka masi notranje zemlje, kot sledi:
Gibanje s planeta
Keplerjev prvi zakon
Keplerjev prvi zakon pravi: "Pot vsakega planeta okoli sonca je elipsa s soncem v enem od žarišč.
Keplerjev drugi zakon
Keplerjev drugi zakon pravi: "Vsak planet se premika tako, da namišljena črta, potegnjena od sonca do planeta, pokriva isto območje v enakem času."
Tretji Keplerjev zakon
"Keplerjev tretji zakon pravi:" Kvadrat obdobja planeta okoli sonca je sorazmeren kocki povprečnega sončnega planeta. "
Zgornji odnos lahko zapišemo:
a. Določite maso zemlje
Če je masa zemlje mB in polmer zemlje R = 6,38 x 106 m, potem lahko maso zemlje najdemo iz enačbe:,
b. Določite maso sonca
Dobro je znano, da je povprečni polmer zemeljske orbite 1,5 × 1011 m, zemeljsko obdobje okoli sonca pa je 1 leto (3 × 107 s). Z enačenjem gravitacijske sile sonca in centripetalne sile dobimo:
Gravitacijska potencialna energija
Delo gravitacijske sile na masni predmet M (za katero se domneva, da je v središču koordinat) na drugem masnem objektu m, kar povzroči premik drugega predmeta od daleč ra do rb podaja:
Znak minus v zgornji sili, ker je smer sile v središču koordinat. Iz zgornjih rezultatov je razvidno, da je gravitacijska sila konzervativna sila. Pojem gravitacijske potencialne energije lahko torej definiramo skozi
Če predpostavimo, da je ra v neskončnosti in rb = r, in se domneva, da v neskončnosti gravitacijski potencial izgine (= nič), potem dobimo
Za nadmorsko višino blizu zemeljske površine izberemo stiskalnico. (7.13) ra = R, zemeljski polmer (= oddaljenost zemeljske površine od njenega središča) in rb = R + h. Potem se domneva, da je U (R) = 0, potem dobimo gravitacijsko potencialno energijo:
Toda velikost ni nič drugega kot pospešek zemeljske gravitacije g, torej za višine blizu zemeljske površine
Vir:
- Prof. Dr. H. Bayong Tjasyono HK., DEA.2009. Zemeljske in vesoljske znanosti. Bandung: podiplomski UPI.
- Raharto, M. 2002. Vesolje kot izobraževalni laboratorij: MIPA.
- Rosidi, I. 1983.Vesolje.Jakarta: Ghalia Indonezija.
- Satriawan, Mirza.2012. Osnovna fizika. Fmipa: UPI.
- Sunardi.1988.Raziskave Bougerjeve anomalije o pospeševanju gorske gravitacije. FMIPA: UGM.
- Seminar IPBA. 2002. Vseživljenjsko izobraževanje.: Fizika FPMIPA: UPI.
- Tanudidjaja, M.M. 1996. Znanost o Zemlji in vesolju. Džakarta: Ministrstvo za izobraževanje in kulturo.