La gravité est partout - à la fois littéralement et dans les actions conscientes quotidiennes des gens autour de la planète. Il est difficile, voire impossible, d'imaginer vivre dans un monde exempt de ses effets, ou même dans un monde où les effets ont été modifiés d'une "petite" quantité - disons, "seulement" environ 25 pour cent. Eh bien, imaginez-vous passer de ne pas être capable de sauter assez haut pour toucher un rebord de basket-ball de 10 pieds de haut à être capable de slam-dunk avec facilité; c'est à peu près ce qu'un gain de 25 pour cent en capacité de saut grâce à une gravité réduite fournirait à un grand nombre de personnes !
L'une des quatre forces physiques fondamentales, la gravité influence toutes les entreprises d'ingénierie que les humains ont jamais entreprises, en particulier dans le domaine de l'économie. Être capable de calculer la force de gravité et de résoudre des problèmes connexes est une compétence de base et essentielle dans les cours d'introduction aux sciences physiques.
La force de gravité
Personne ne peut dire exactement ce qu'est la gravité, mais il est possible de la décrire mathématiquement et en termes d'autres quantités et propriétés physiques. La gravité est l'une des quatre forces fondamentales de la nature, les autres étant les forces nucléaires fortes et faibles (qui opèrent au niveau intra-atomique) et la force électromagnétique. La gravité est la plus faible des quatre, mais a une influence énorme sur la façon dont l'univers lui-même est structuré.
Mathématiquement, la force de gravité en Newtons (ou de manière équivalente, kg m/s2) entre deux objets de masse quelconquesM1 etM2 séparé parrmètres s'exprime sous la forme :
F_{grav} = \frac{GM_1M_2}{r^2}
où leuniversel constante de gravitationg = 6.67 × 10-11 Nm2/kg2.
La gravité expliquée
La magnitudegdu champ gravitationnel de tout objet "massif" (c'est-à-dire une galaxie, une étoile, une planète, une lune, etc.) est exprimé mathématiquement par la relation :
g = \frac{GM}{d^2}
oùgest la constante qui vient d'être définie,Mest la masse de l'objet etréest la distance entre l'objet et le point auquel le champ est mesuré. Vous pouvez voir en regardant l'expression pourFgrave cettega des unités de force divisées par la masse, puisque l'équation pourgest essentiellement l'équation de la force de gravité (l'équation pourFgrave) sans tenir compte de la masse de l'objet plus petit.
La variablega donc des unités d'accélération. Près de la surface de la Terre, l'accélération due à la force gravitationnelle de la Terre est de 9,8 mètres par seconde par seconde, soit 9,8 m/s2. Si vous décidez d'aller loin en sciences physiques, vous verrez ce chiffre plus de fois que vous ne pourrez en compter.
Formule Force due à la gravité
La combinaison des formules des deux sections ci-dessus produit la relation
F=mg
oùg= 9,8 m/s2 sur Terre. Il s'agit d'un cas particulier de la deuxième loi du mouvement de Newton, qui est
F=ma
La formule d'accélération de la gravité peut être utilisée de la manière habituelle avec les équations du mouvement dites newtoniennes qui relient la masse (m), rapidité (v), position linéaire (X), position verticale (oui), accélération (une) et le temps (t). C'est-à-dire tout commeré = (1/2)à2, la distance qu'un objet parcourra dans le tempstdans une ligne sous la force d'une accélération donnée, la distanceouiun objet tombera sous la force de gravité dans le tempstest donné par l'expressionré = (1/2)gt2, ou 4,9t2 pour les objets tombant sous l'influence de la gravité terrestre.
Conseils
Dans l'introduction à la physique, lorsqu'on vous demande de résoudre des problèmes de gravité, y compris la chute libre, il vous est demandé d'ignorer les effets de la résistance de l'air. En pratique, ces effets sont considérables, comme vous l'apprendrez si vous poursuivez l'ingénierie ou un domaine similaire.