Gravitācija ir viens no fizikas pamat spēkiem. Vissvarīgākais gravitācijas aspekts ir tas, ka tas ir universāls: visiem objektiem ir gravitācijas spēks, kas piesaista citus objektus. Gravitācijas spēka lielums ir atkarīgs no masas un attāluma starp diviem objektiem.
Solis
1. daļa no 2: Smaguma spēka aprēķināšana starp diviem objektiem
Solis 1. Definējiet vienādojumu gravitācijas spēkam, kas velk uz objektu, Fgrav = (Gm1m2)/d2.
Lai varētu aprēķināt objekta gravitācijas spēku, šis vienādojums ņem vērā arī abu objektu masas un to attālumu viena no otras. Vienādojuma mainīgie ir aprakstīti zemāk.
- Fgrav ir gravitācijas spēks
- G ir universālā gravitācijas konstante 6,673 x 10-11 Nm2/Kilograms2
- m1 ir pirmā objekta masa
- m2 ir otrā objekta masa
- d ir attālums starp abu objektu centriem
- Dažreiz jūs atrodat burtu r, nevis d. Šie divi simboli apzīmē attālumu starp abiem objektiem.
2. darbība. Izmantojiet atbilstošās metriskās vienības
Šim vienādojumam jāizmanto metriskās vienības. Objekta masai jābūt kilogramos (kg) un attālumam starp objektiem - metros (m). Pirms turpināt, šīs vienības jāpārvērš metriskās vienībās
3. solis. Nosakiet attiecīgā objekta masu
Maziem priekšmetiem varat tos nosvērt, lai noteiktu to svaru kilogramos. Attiecībā uz lieliem objektiem aptuveno masu varat meklēt uz galda vai internetā. Fizikas uzdevumos parasti tiek norādīta objekta masa.
Solis 4. Izmēriet attālumu starp diviem objektiem
Ja jūs mēģināt aprēķināt gravitācijas spēku starp objektu un zemi, jums jāzina, cik tālu šis objekts atrodas no zemes centra.
- Attālums no zemes virsmas līdz zemes centram ir aptuveni 6,38 x 106 m.
- Internetā varat meklēt tabulas vai citus avotus, kas norāda aptuveno attālumu no zemes centra līdz objektiem dažādos augstumos uz zemes virsmas.
Solis 5. Pabeidziet aprēķinu
Ja vienādojumā esat definējis mainīgos, lūdzu, ievadiet tos, lai tos atrisinātu. Pārliecinieties, vai visi mainīgie ir metriskās vienībās un ir pareizi mērogoti. Masai jābūt kilogramos, bet attālumam - metros. Atrisiniet vienādojumus pareizā aprēķinu secībā.
- Piemēram, nosakiet gravitācijas spēku cilvēkam, kura masa ir 68 kg virs zemes virsmas. Zemes masa ir 5,98 x 1024 Kilograms.
- Pārliecinieties, vai visi mainīgie ir pareizajās vienībās. m1 = 5, 98 x 1024 kg, m2 = 68 kg, G = 6,673 x 10-11 Nm2/Kilograms2un d = 6, 38 x 106 m
- Uzrakstiet savu vienādojumu: F.grav = (Gm1m2)/d2 = [(6, 67 x 10-11) x 68 x (5, 98 x 1024)]/(6, 38 x 106)2
- Reiziniet abu ņemto objektu masas. 68 x (5, 98 x 1024) = 4,06 x 1026
- Reiziniet rezultātu m1 un m2 ar gravitācijas konstanti G. (4,06 x 1026) x (6,67 x 10-11) = 2 708 x 1016
- Kvadrējiet attālumu starp diviem objektiem. (6, 38 x 106)2 = 4,07 x 1013
- Kopīgojiet rezultātu G x m1 x m2 pēc attāluma kvadrātā, lai iegūtu gravitācijas spēku Ņūtonos (N). 2, 708 x 1016/4, 07 x 1013 = 665 N
- Tā gravitācijas spēks ir 665 N.
2. daļa no 2: Smaguma spēka aprēķināšana uz Zemes
1. solis. Izprotiet Ņūtona otro likumu, F = ma
Otrais Ņūtona likums nosaka, ka objekta paātrinājums ir tieši proporcionāls neto spēkam, kas uz to iedarbojas, un apgriezti proporcionāls tā masai. Citiem vārdiem sakot, ja spēks, kas iedarbojas uz objektu, ir lielāks par spēku, kas darbojas pretējā virzienā, objekts kustēsies ar spēcīgāku spēku.
- Šo likumu var apkopot ar vienādojumu F = ma, kur F ir spēks, m ir objekta masa un a ir paātrinājums.
- Pateicoties šim likumam, mēs varam aprēķināt visu zemes virsmas objektu gravitācijas spēku, izmantojot zināmo gravitācijas izraisīto paātrinājumu.
Solis 2. Atrodiet paātrinājumu Zemes gravitācijas dēļ
Uz zemes smaguma spēks liek visiem objektiem paātrināties par 9,8 m/s2. Zemes virsmā mēs varam izmantot vienkāršotu vienādojumu: Fgrav = mg, lai aprēķinātu gravitācijas spēku.
Ja vēlaties uzzināt precīzāku gravitācijas spēku skaitu, joprojām varat izmantot formulu iepriekšējā solī Fgrav = (ĢMZemem)/d2 lai noteiktu gravitācijas spēku.
3. darbība. Izmantojiet atbilstošās metriskās vienības
Šim vienādojumam jāizmanto metriskās vienības. Objekta masai jābūt kilogramos (kg) un attālumam starp objektiem - metros (m). Pirms turpināt, šīs vienības jāpārvērš metriskās vienībās.
4. solis. Nosakiet attiecīgā objekta masu
Maziem priekšmetiem varat tos nosvērt, lai noteiktu to svaru kilogramos. Attiecībā uz lieliem objektiem aptuveno masu varat meklēt uz galda vai internetā. Fizikas uzdevumos parasti tiek norādīta objekta masa.
Solis 5. Pabeidziet aprēķinu
Ja vienādojumā esat definējis mainīgos, lūdzu, ievadiet tos, lai tos atrisinātu. Pārliecinieties, vai visi mainīgie ir metriskās vienībās un ir pareizi mērogoti. Masai jābūt kilogramos, bet attālumam - metros. Atrisiniet vienādojumus pareizā aprēķinu secībā.
- Mēģināsim izmantot vienādojumu iepriekšējā solī un redzēsim, cik tuvu ir rezultāti. Nosakiet personas, kuras masa ir 68 kg, gravitācijas spēku uz zemes virsmas.
- Pārliecinieties, vai visi mainīgie ir pareizajās vienībās: m = 68 kg, g = 9,8 m/s2.
- Pierakstiet formulu. Fgrav = mg = 68*9, 8 = 666 N.
- Izmantojot formulu F = mg, gravitācijas spēks ir 666 N, bet iepriekšējās darbības formulas rezultāts ir 665 N. Kā redzat, abi rezultāti ir gandrīz vienādi.
Padomi
- Šīm divām formulām vajadzētu sniegt vienādu atbildi, bet īsāku un vienkāršāku formulu ir vieglāk izmantot, apspriežot objektus uz planētas virsmas.
- Izmantojiet pirmo formulu, ja nezināt paātrinājumu planētas gravitācijas dēļ vai aprēķināt gravitācijas spēku starp diviem ļoti lieliem objektiem, piemēram, mēnesi vai planētām.
