Gravitace je všude - doslova i v každodenních vědomých činnostech lidí po celé planetě. Je obtížné nebo nemožné si představit život ve světě bez jeho účinků, nebo dokonce v takovém, kde byly účinky vylepšeny „malým“ množstvím - řekněme, „jen“ asi 25 procenty. Představte si, že jdete od toho, že nebudete schopni skákat dostatečně vysoko, abyste se dotkli basketbalového okraje vysokého 10 stop, až k tomu, abyste se mohli snadno slam-dunk; to je o tom, co by 25-procentní nárůst skákacích schopností díky snížené gravitaci poskytl obrovskému počtu lidí!
Gravitace, jedna ze čtyř základních fyzikálních sil, ovlivňuje každý strojírenský podnik, jaký kdy lidé podnikli, zejména v oblasti ekonomiky. Schopnost spočítat gravitační sílu a řešit související problémy je základní a základní dovedností v úvodních kurzech fyziky.
Síla gravitace
Nikdo nemůže přesně říci, co gravitace „je“, ale je možné ji popsat matematicky a z hlediska jiných fyzikálních veličin a vlastností. Gravitace je jednou ze čtyř základních sil v přírodě, ostatními jsou silné a slabé jaderné síly (které fungují na úrovni atomů) a elektromagnetická síla. Gravitace je nejslabší ze všech čtyř, ale má obrovský vliv na to, jak strukturoval samotný vesmír.
Matematicky síla gravitace v Newtonech (nebo ekvivalentně, kg m / s2) mezi libovolnými dvěma hmotnými objektyM1 aM2 oddělenérmetrů je vyjádřeno jako:
F_ {grav} = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
Kdeuniverzální gravitační konstantaG = 6.67 × 10-11 N m2/kg2.
Gravitace vysvětlena
VelikostGgravitačního pole jakéhokoli „masivního“ objektu (tj. galaxie, hvězdy, planety, měsíce atd.) je matematicky vyjádřeno vztahem:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
kdeGje právě definovaná konstanta,Mje hmotnost objektu adje vzdálenost mezi objektem a bodem, ve kterém je pole měřeno. Můžete vidět při pohledu na výraz proFgrav žeGmá jednotky síly dělené hmotností, protože rovnice proGje v podstatě rovnice gravitační síly (rovnice proFgrav) bez zohlednění hmotnosti menšího objektu.
ProměnnáGmá tedy jednotky zrychlení. V blízkosti povrchu Země je zrychlení v důsledku zemské gravitační síly 9,8 metrů za sekundu za sekundu nebo 9,8 m / s2. Pokud se rozhodnete jít ve fyzice daleko, uvidíte toto číslo vícekrát, než budete schopni spočítat.
Síla díky gravitačnímu vzorci
Kombinace vzorců ve výše uvedených dvou částech vytvoří vztah
F = mg
kdeG= 9,8 m / s2 na Zemi. Toto je zvláštní případ druhého Newtonova pohybového zákona, který je
F = ma
Vzorec gravitačního zrychlení lze použít obvyklým způsobem s takzvanými newtonovskými pohybovými rovnicemi, které se vztahují k hmotnosti (m), rychlost (proti), lineární poloha (X), svislá poloha (y), zrychlení (A) a čas (t). Tedy stejněd = (1/2)na2, vzdálenost, kterou objekt urazí v časetv přímce pod silou daného zrychlení vzdálenostypředmět spadne pod gravitační sílu v časetse získá výrazemd = (1/2)gt2nebo 4.9t2 pro objekty spadající pod vliv gravitace Země.
Tipy
V úvodní fyzice, když budete požádáni o vyřešení gravitačních problémů včetně volného pádu, budete požádáni, abyste ignorovali účinky odporu vzduchu. V praxi jsou tyto efekty značné, jak se dozvíte, pokud se věnujete inženýrství nebo podobnému oboru.