Tyngdekraften er overalt - både bogstaveligt og i hverdagsbevidste handlinger fra mennesker rundt om på planeten. Det er vanskeligt eller umuligt at forestille sig at leve i en verden, der er fri for dens virkninger, eller endda i en, hvor virkningerne blev justeret med en "lille" mængde - sig "kun" omkring 25 procent. Forestil dig, at du går fra ikke at være i stand til at hoppe højt nok til at røre en 10 fod høj basketballfælg til at være i stand til at smække-dunk med lethed; dette handler om, hvad en 25-procent gevinst i springevne takket være nedsat tyngdekraft ville give et stort antal mennesker!
En af de fire grundlæggende fysiske kræfter, tyngdekraften påvirker enhver ingeniørvirksomhed, som mennesker nogensinde har foretaget, især inden for økonomi. At kunne beregne tyngdekraften og løse relaterede problemer er en grundlæggende og væsentlig færdighed i indledende fysiske videnskabskurser.
Tyngdekraften
Ingen kan sige nøjagtigt, hvad tyngdekraften er, men det er muligt at beskrive det matematisk og i form af andre fysiske størrelser og egenskaber. Tyngdekraften er en af de fire grundlæggende kræfter i naturen, de andre er de stærke og svage atomkræfter (som fungerer på det intra-atomare niveau) og den elektromagnetiske kraft. Tyngdekraften er den svageste af de fire, men har enorm indflydelse på, hvordan selve universet det strukturerede.
Matematisk tyngdekraften i Newton (eller tilsvarende kg m / s2) mellem to massegenstandeM1 ogM2 adskilt afrmeter udtrykkes som:
F_ {grav} = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
hvor eruniversel gravitationskonstantG = 6.67 × 10-11 N m2/kg2.
Gravity forklaret
Størrelsengaf tyngdefeltet for ethvert "massivt" objekt (dvs. en galakse, stjerne, planet, måne osv.) udtrykkes matematisk af forholdet:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
hvorGer konstanten lige defineret,Mer genstandens masse ogder afstanden mellem objektet og det punkt, hvor feltet måles. Du kan se ved at se på udtrykket forFgrav atghar kraftenheder divideret med masse, da ligningen forger i det væsentlige tyngdekraftligningen (ligningen forFgrav) uden at tage højde for massen af det mindre objekt.
Variablenghar derfor enheder af acceleration. Nær jordens overflade er accelerationen på grund af jordens tyngdekraft 9,8 meter pr. Sekund pr. Sekund eller 9,8 m / s2. Hvis du beslutter at gå langt inden for fysik, vil du se dette tal flere gange, end du vil være i stand til at tælle.
Kraft på grund af tyngdekraftsformel
Ved at kombinere formlerne i ovenstående to sektioner produceres forholdet
F = mg
hvorg= 9,8 m / s2 på jorden. Dette er et specielt tilfælde af Newtons anden bevægelseslov, som er
F = ma
Tyngdekraftsaccelerationsformlen kan bruges på den sædvanlige måde med de såkaldte newtonske bevægelsesligninger, der vedrører masse (m), hastighed (v), lineær position (x), lodret position (y), acceleration (-en) og tid (t). Det er lige somd = (1/2)på2, afstanden, som en genstand bevæger sig i tidti en linje under kraften af en given acceleration, afstandenyet objekt vil falde under tyngdekraften med tidenter givet ved udtrykketd = (1/2)gt2, eller 4.9t2 for genstande, der falder under indflydelse af jordens tyngdekraft.
Tips
I indledende fysik, når du bliver bedt om at løse tyngdeproblemer inklusive frit fald, bliver du bedt om at ignorere virkningerne af luftmodstand. I praksis er disse effekter betydelige, som du vil lære, hvis du forfølger ingeniørarbejde eller et lignende felt.