Painovoima on kaikkialla - sekä kirjaimellisesti että ihmisten jokapäiväisessä tietoisessa tekemisessä ympäri maailmaa. On vaikeaa tai mahdotonta kuvitella elävänsä maailmassa, jossa ei ole vaikutuksia, tai edes sellaisessa, jossa vaikutuksia sääteltiin "pienellä" määrällä - sanotaan "vain" noin 25 prosentilla. Kuvittele itsesi siirtymästä siitä, että et pysty hyppäämään tarpeeksi korkealle koskettamaan 10 jalan korkuista koripallovanteita, jotta pystyt lyömään helposti; noin 25 prosentin kasvu hyppykyvyssä pienentyneen painovoiman ansiosta antaisi valtavan määrän ihmisiä!
Yksi neljästä fyysisestä voimasta, painovoima vaikuttaa jokaiseen ihmisen suunnitteluyritykseen, jonka ihmiset ovat koskaan toteuttaneet, etenkin taloustieteessä. Pystyminen laskemaan painovoima ja ratkaisemaan siihen liittyvät ongelmat on perus- ja olennainen taito fysiikan johdantokursseilla.
Painovoima
Kukaan ei voi sanoa tarkalleen mitä painovoima "on", mutta on mahdollista kuvata sitä matemaattisesti ja muiden fyysisten määrien ja ominaisuuksien suhteen. Painovoima on yksi luonnon neljästä perusvoimasta, muut ovat vahvat ja heikot ydinvoimat (jotka toimivat atominsisäisellä tasolla) ja sähkömagneettinen voima. Painovoima on heikoin neljästä, mutta sillä on valtava vaikutus siihen, miten maailmankaikkeus itse rakentui.
Matemaattisesti painovoima newtoneina (tai vastaavasti, kg m / s2) minkä tahansa kahden massaobjektin välilläM1 jaM2 erotetturmetriä ilmaistaan seuraavasti:
F_ {grav} = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
missäuniversaali painovoiman vakioG = 6.67 × 10-11 N m2/kg2.
Painovoima selitetty
Suuruusgminkä tahansa "massiivisen" objektin (ts. galaksin, tähden, planeetan, kuun jne.) painovoimakenttä ilmaistaan matemaattisesti suhteella:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
missäGon juuri määritelty vakio,Mon kohteen massa jadon etäisyys kohteen ja pisteen välillä, jossa kenttä mitataan. Voit nähdä katsomalla lausekkeenFgrav ettägon voimayksiköt jaettuna massalla, koska yhtälögon pohjimmiltaan painovoiman yhtälö (yhtälöFgrav) ottamatta huomioon pienemmän kohteen massaa.
Muuttujagsiksi on kiihtyvyysyksikköjä. Lähellä maan pintaa kiihtyvyys maan painovoiman vuoksi on 9,8 metriä sekunnissa sekunnissa, tai 9,8 m / s2. Jos päätät mennä pitkälle fysiikassa, näet tämän luvun useammin kuin pystyt laskemaan.
Painovoimakaavan aiheuttama voima
Yhdistämällä edellä olevien kahden osan kaavat muodostavat suhteen
F = mg
missäg= 9,8 m / s2 maan päällä. Tämä on Newtonin toisen liikelain erityistapaus
F = ma
Painovoiman kiihtyvyyskaavaa voidaan käyttää tavalliseen tapaan niin kutsuttujen Newtonin liikkeen yhtälöiden kanssa, jotka liittyvät massaan (m), nopeus (v), lineaarinen sijainti (x), pystysuora asento (y), kiihtyvyys (a) ja aika (t). Eli, aivan kutend = (1/2)klo2, kohteen matka kulkee ajassattietyn kiihtyvyyden voimalla olevalla linjalla etäisyysyesine joutuu painovoiman alle ajassatsaadaan ilmentymälläd = (1/2)gt2tai 4.9t2 esineille, jotka kuuluvat maapallon painovoiman vaikutukseen.
Vinkkejä
Johdanto-fysiikassa, kun sinua pyydetään ratkaisemaan painovoimaongelmat, mukaan lukien vapaapudotus, sinua pyydetään sivuuttamaan ilmanvastuksen vaikutukset. Käytännössä nämä vaikutukset ovat huomattavia, kuten opit, jos jatkat tekniikkaa tai vastaavaa alaa.