La gravità è ovunque, sia letteralmente che nelle azioni coscienti di tutti i giorni delle persone in tutto il pianeta. È difficile o impossibile immaginare di vivere in un mondo privo dei suoi effetti, o anche in uno in cui gli effetti sono stati ottimizzati di una "piccola" quantità - diciamo, "solo" circa il 25 percento. Bene, immagina di passare dal non essere abbastanza in grado di saltare abbastanza in alto da toccare un bordo di basket alto 10 piedi all'essere in grado di schiacciare con facilità; questo è ciò che un aumento del 25% nella capacità di salto grazie alla gravità ridotta fornirebbe a un vasto numero di persone!
Una delle quattro forze fisiche fondamentali, la gravità influenza ogni impresa ingegneristica che gli esseri umani abbiano mai intrapreso, specialmente nel regno dell'economia. Essere in grado di calcolare la forza di gravità e risolvere problemi correlati è un'abilità di base ed essenziale nei corsi introduttivi di scienze fisiche.
La forza di gravità
Nessuno può dire esattamente cosa "è" la gravità, ma è possibile descriverla matematicamente e in termini di altre quantità e proprietà fisiche. La gravità è una delle quattro forze fondamentali in natura, le altre sono le forze nucleari forti e deboli (che operano a livello intraatomico) e la forza elettromagnetica. La gravità è la più debole delle quattro, ma ha un'enorme influenza su come l'universo stesso è strutturato.
Matematicamente, la forza di gravità in Newton (o equivalentemente, kg m/s2) tra due oggetti di massa qualsiasiM1 eM2 divisi darmetri è espresso come:
F_{grav} = \frac{GM_1M_2}{r^2}
dove iluniversale costante di gravitazioneG = 6.67 × 10-11 Nm2/kg2.
La gravità spiegata
La grandezzagdel campo gravitazionale di qualsiasi oggetto "massiccio" (cioè una galassia, una stella, un pianeta, una luna, ecc.) è espresso matematicamente dalla relazione:
g = \frac{GM}{d^2}
doveGè la costante appena definita,Mè la massa dell'oggetto edè la distanza tra l'oggetto e il punto in cui viene misurato il campo. Puoi vedere guardando l'espressione perFgrave quellagha unità di forza divise per massa, poiché l'equazione pergè essenzialmente l'equazione della forza di gravità (l'equazione perFgrave) senza tener conto della massa dell'oggetto più piccolo.
La variabilegquindi ha unità di accelerazione. Vicino alla superficie della Terra, l'accelerazione dovuta alla forza gravitazionale terrestre è di 9,8 metri al secondo al secondo, o 9,8 m/s2. Se decidi di andare lontano nella scienza fisica, vedrai questa cifra più volte di quanto sarai in grado di contare.
Formula della forza dovuta alla gravità
La combinazione delle formule nelle due sezioni precedenti produce la relazione
F=mg
doveg= 9,8 m/s2 sulla terra. Questo è un caso speciale della seconda legge del moto di Newton, che è
F=ma
La formula dell'accelerazione di gravità può essere utilizzata nel modo consueto con le cosiddette equazioni del moto di Newton che mettono in relazione la massa (m), velocità (v), posizione lineare (X), posizione verticale (sì), accelerazione (un) E tempo (t). Cioè, proprio comed = (1/2)a2, la distanza percorsa da un oggetto nel tempotin una linea sotto la forza di una data accelerazione, la distanzasìun oggetto cadrà sotto la forza di gravità nel tempotè prodotto dall'espressioned = (1/2)gt2, o 4.9t2 per oggetti che cadono sotto l'influenza della gravità terrestre.
Suggerimenti
Nella fisica introduttiva, quando ti viene chiesto di risolvere problemi di gravità inclusa la caduta libera, ti viene chiesto di ignorare gli effetti della resistenza dell'aria. In pratica, questi effetti sono considerevoli, come imparerai se segui l'ingegneria o un campo simile.