Η βαρύτητα είναι παντού - κυριολεκτικά και στις καθημερινές συνειδητές ενέργειες ανθρώπων σε όλο τον πλανήτη. Είναι δύσκολο ή αδύνατο να φανταστεί κανείς ότι ζει σε έναν κόσμο απαλλαγμένο από τα αποτελέσματά του, ή ακόμη και σε έναν κόσμο όπου τα αποτελέσματα τροποποιήθηκαν από ένα "μικρό" ποσό - ας πούμε, "μόνο" περίπου 25 τοις εκατό. Λοιπόν, φανταστείτε τον εαυτό σας να πηγαίνετε από το να μην είστε σε θέση να πηδήσετε αρκετά ψηλά για να αγγίξετε ένα χείλος μπάσκετ ύψους 10 ποδιών έως να είστε σε θέση να χτυπήσετε με ευκολία. Αυτό είναι για το τι ένα κέρδος 25 τοις εκατό στην ικανότητα πηδείας χάρη στη μειωμένη βαρύτητα θα προσφέρει ένα τεράστιο αριθμό ανθρώπων!
Μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις φυσικές δυνάμεις, η βαρύτητα επηρεάζει κάθε μηχανική επιχείρηση που ανέλαβαν ποτέ οι άνθρωποι, ειδικά στον τομέα της οικονομίας. Το να είναι σε θέση να υπολογίσει τη δύναμη της βαρύτητας και να επιλύσει σχετικά προβλήματα είναι μια βασική και ουσιαστική ικανότητα σε εισαγωγικά μαθήματα φυσικής επιστήμης.
Η Δύναμη της Βαρύτητας
Κανείς δεν μπορεί να πει ακριβώς τι είναι η «βαρύτητα», αλλά είναι δυνατόν να το περιγράψουμε μαθηματικά και σε όρους άλλων φυσικών ποσοτήτων και ιδιοτήτων. Η βαρύτητα είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση, οι άλλες είναι οι ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις (που λειτουργούν σε ενδοατομικό επίπεδο) και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις τέσσερις, αλλά έχει τεράστια επίδραση στο πώς δομήθηκε το ίδιο το σύμπαν.
Μαθηματικά, η δύναμη της βαρύτητας σε Newtons (ή ισοδύναμα, kg m / s2) μεταξύ οποιωνδήποτε δύο αντικειμένων μάζαςΜ1 καιΜ2 χωρισμένο απόρΟι μετρητές εκφράζονται ως:
F_ {grav} = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
όπου τοΠαγκόσμιος σταθερά βαρύτηταςσολ = 6.67 × 10-11 Νμ2/kg2.
Η βαρύτητα εξηγείται
Το μέγεθοςσολτου βαρυτικού πεδίου οποιουδήποτε "μαζικού" αντικειμένου (δηλαδή γαλαξίας, αστεριού, πλανήτη, φεγγαριού κ.λπ.) εκφράζεται μαθηματικά από τη σχέση:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
όπουσολείναι η σταθερά που μόλις ορίστηκε,Μείναι η μάζα του αντικειμένου καιρεείναι η απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του σημείου στο οποίο μετράται το πεδίο. Μπορείτε να δείτε κοιτάζοντας την έκφραση γιαφάΓκραβ ότισολέχει μονάδες δύναμης διαιρεμένες με μάζα, καθώς η εξίσωση γιασολείναι ουσιαστικά η εξίσωση δύναμης βαρύτητας (η εξίσωση γιαφάΓκραβ) χωρίς να ληφθεί υπόψη η μάζα του μικρότερου αντικειμένου.
Η μεταβλητήσολεπομένως έχει μονάδες επιτάχυνσης. Κοντά στην επιφάνεια της Γης, η επιτάχυνση λόγω της βαρυτικής δύναμης της Γης είναι 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο ή 9,8 m / s2. Εάν αποφασίσετε να προχωρήσετε πολύ στη φυσική επιστήμη, θα δείτε αυτόν τον αριθμό περισσότερες φορές από ό, τι θα μπορείτε να μετρήσετε.
Δύναμη λόγω του τύπου βαρύτητας
Ο συνδυασμός των τύπων στις δύο παραπάνω ενότητες παράγει τη σχέση
F = mg
όπουσολ= 9,8 m / s2 στη γη. Πρόκειται για μια ειδική περίπτωση του δεύτερου νόμου κίνησης του Νεύτωνα, που είναι
F = μα
Ο τύπος επιτάχυνσης της βαρύτητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τον συνήθη τρόπο με τις λεγόμενες εξισώσεις κίνησης της Νεύτωνας που σχετίζονται με τη μάζα (Μ), ταχύτητα (β, γραμμική θέση (Χ), κάθετη θέση (ε), επιτάχυνση (ένα) και ώρα (τ). Δηλαδή, ακριβώς όπωςρε = (1/2)στο2, η απόσταση που ένα αντικείμενο θα ταξιδέψει στο χρόνοτσε μια γραμμή κάτω από τη δύναμη μιας δεδομένης επιτάχυνσης, την απόστασηεένα αντικείμενο θα πέσει κάτω από τη δύναμη της βαρύτητας στο χρόνοτπαράγεται από την έκφρασηρε = (1/2)gt2ή 4.9τ2 για αντικείμενα που εμπίπτουν στην επίδραση της βαρύτητας της Γης.
Συμβουλές
Στην εισαγωγική φυσική, όταν σας ζητείται να επιλύσετε προβλήματα βαρύτητας, συμπεριλαμβανομένης της ελεύθερης πτώσης, σας ζητείται να αγνοήσετε τις επιπτώσεις της αντίστασης του αέρα. Στην πράξη, αυτά τα αποτελέσματα είναι σημαντικά, καθώς θα μάθετε αν ακολουθείτε μηχανική ή παρόμοιο πεδίο.