물리학 학생은 두 가지 방법으로 물리학에서 중력을 만날 수 있습니다. 지구 또는 다른 천체의 중력, 또는 두 물체 사이의 인력으로 우주. 실제로 중력은 자연에서 가장 근본적인 힘 중 하나입니다.
Isaac Newton 경은 두 가지를 모두 설명하는 법칙을 개발했습니다. 뉴턴의 제 2 법칙 (에프그물 = ma)는 행성과 같은 큰 물체의 로케일에서 경험하는 중력을 포함하여 물체에 작용하는 모든 순 힘에 적용됩니다. 역 제곱 법칙 인 뉴턴의 만유 중력 법칙은 두 물체 사이의 중력 당기거나 인력을 설명합니다.
중력의 힘
중력장 내에서 물체가 경험하는 중력은 항상 지구 중심과 같이 자기장을 생성하는 질량 중심으로 향합니다. 다른 힘이 없으면 뉴턴 관계를 사용하여 설명 할 수 있습니다.에프그물 = ma, 어디에프그물뉴턴 단위의 중력 (N)입니다.미디엄질량은 킬로그램 (kg)이며ㅏ중력으로 인한 가속도 (m / s)2.
화성의 모든 암석과 같이 중력장 내부의 모든 물체는 동일한 경험을합니다.필드 중심으로 가속 대중에 따라 행동합니다.따라서 같은 행성의 다른 물체가 느끼는 중력을 변화시키는 유일한 요인은 질량입니다. 질량이 많을수록 중력이 커지며 그 반대도 마찬가지입니다.
중력이다물리학에서의 무게는 구어체 무게는 종종 다르게 사용됩니다.
중력으로 인한 가속
뉴턴의 제 2 법칙,에프그물 = ma, 보여줍니다순 힘질량이 가속됩니다. 순 힘이 중력에서 오는 경우이 가속도를 중력으로 인한 가속이라고합니다. 행성과 같은 특정 대형 물체에 가까운 물체의 경우이 가속도는 거의 일정합니다. 즉, 모든 물체가 동일한 가속도로 떨어집니다.
지구 표면 근처에서이 상수에는 고유 한 특수 변수가 제공됩니다.지. "작은 g"로지종종 호출되며 항상 9.8m / s의 상수 값을 갖습니다.2. ( "little g"라는 문구는이 상수를 다른 중요한 중력 상수와 구별합니다.지, 또는 "빅 G"는 우주 중력 법칙에 적용됩니다.) 지구 표면 근처에 떨어진 물체는 점점 증가하는 속도로 지구 중심으로 떨어지며, 매초는 이전의 두 번째보다 9.8m / s 빠르게 이동합니다.
지구에서 질량 물체에 대한 중력의 힘미디엄is :
F_ {grav} = mg
중력의 예
우주 비행사는 먼 행성에 도달하여 물체를 들어 올리는 데 지구보다 8 배 더 많은 힘이 필요하다는 사실을 알게됩니다. 이 행성에서 중력으로 인한 가속도는 무엇입니까?
이 행성에서 중력은 8 배 더 큽니다. 물체의 질량은 그 물체의 기본 속성이므로 변경할 수 없습니다.지또한 8 배 더 커야합니다.
8F_ {grav} = m (8g)
의 가치지지구상에서 9.8m / s2, 따라서 8 × 9.8 m / s2 = 78.4m / s2.
뉴턴의 우주 중력 법칙
물리학에서 중력을 이해하는 데 적용되는 두 번째 뉴턴 법칙은 뉴턴이 다른 물리학 자의 발견을 통해 수수께끼를했기 때문입니다. 그는 요하네스 케플러가 그의 시조 법칙에서 관찰하고 수학적으로 설명한 것처럼 태양계 행성이 원형 궤도가 아닌 타원형 궤도를 갖는 이유를 설명하려고했습니다.
뉴턴은 행성들이 서로 가까워지고 멀어짐에 따라 행성들 사이의 중력 적 매력이 행성들의 움직임에 영향을 미치고 있다고 결정했습니다. 이 행성들은 사실 자유 낙하에있었습니다. 그는이 매력을 그의우주 중력 법칙:
F_ {grav} = G \ frac {m_1m_2} {r ^ 2}
어디에프중력 다시 뉴턴의 중력 (N)입니다.미디엄1과미디엄2각각 킬로그램 (kg) 단위의 첫 번째 및 두 번째 물체의 질량입니다 (예: 지구의 질량과 지구 근처 물체의 질량).디2미터 (m) 단위의 거리의 제곱입니다.
변수지"big G"라고하는는 보편적 인 중력 상수입니다. 그것우주의 모든 곳에서 동일한 가치를 가지고. Newton은 G의 값을 발견하지 못했지만 (Henry Cavendish는 Newton의 죽음 이후 실험적으로 발견했습니다), 힘이 질량과 거리에 비례하지 않고 비례 함을 발견했습니다.
방정식은 두 가지 중요한 관계를 보여줍니다.
- 물체가 클수록 매력도 커집니다. 달이 갑자기 있었다면두 배나 큰지금처럼 지구와 달 사이의 인력은더블.
- 물체가 가까울수록 매력이 커집니다. 질량은 그들 사이의 거리와 관련이 있기 때문에제곱, 매력의 힘네 배개체가있을 때마다두 배 가까이. 달이 갑자기 있었다면거리의 절반지금과 같이 지구에 지구와 달 사이의 인력은4 배 더 큽니다.
뉴턴의 이론은 또한역 제곱 법칙위의 두 번째 점 때문에. 두 물체 사이의 중력 인력이 분리 될 때 둘 중 하나 또는 둘 모두의 질량을 변경하는 것보다 훨씬 더 빠르게 떨어지는 이유를 설명합니다.
뉴턴의 우주 중력 법칙의 예
200kg 혜성에서 70,000m 떨어진 8,000kg 혜성 사이의 인력은 무엇입니까?
\ begin {aligned} F_ {grav} & = 6.674 × 10 ^ {− 11} \ frac {m ^ 3} {kgs ^ 2} (\ dfrac {8,000 kg × 200 kg} {70,000 ^ 2}) \\ & = 2.18 × 10 ^ {− 14} \ end {aligned}
알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론
뉴턴은 1600 년대에 물체의 움직임을 예측하고 중력을 정량화하는 놀라운 작업을 수행했습니다. 그러나 대략 300 년 후, 또 다른 위대한 정신 인 알버트 아인슈타인은 중력을 이해하는 새로운 방법과보다 정확한 방법으로이 생각에 도전했습니다.
아인슈타인에 따르면 중력은시공간, 우주 자체의 구조. 볼링 공과 같은 질량 왜곡 공간은 침대 시트에 움푹 들어간 곳을 만들고 별이나 블랙홀과 같은 더 큰 물체는 왜곡됩니다. 망원경에서 쉽게 관찰되는 효과가있는 공간-빛의 구부러짐 또는 그 질량에 가까운 물체의 움직임의 변화.
아인슈타인의 일반 상대성 이론은 작은 행성 인 수성이 가장 가까운 이유를 설명함으로써 그 자체로 유명합니다. 우리 태양계의 태양과는 뉴턴의 법칙에 의해 예측 된 것과 측정 가능한 차이가있는 궤도를 가지고 있습니다.
일반 상대성 이론은 뉴턴의 법칙보다 중력을 설명하는 데 더 정확하지만 둘 중 하나를 사용하는 계산의 차이는 다음과 같습니다. 대부분의 경우 "상대 론적"척도에서만 눈에 띄는 현상-우주에서 매우 거대한 물체 또는 가까운 빛을 바라 보는 것 속도. 따라서 뉴턴의 법칙은 오늘날 일반인이 접하게 될 많은 실제 상황을 설명하는 데 유용하고 관련성이 있습니다.
중력은 중요합니다
뉴턴의 우주 중력 법칙의 "보편적 인"부분은 쌍곡선이 아닙니다. 이 법칙은 질량이있는 우주의 모든 것에 적용됩니다! 두 은하와 마찬가지로 두 입자는 서로 끌어 당깁니다. 물론, 충분히 먼 거리에서 인력은 효과적으로 0이 될 정도로 작아집니다.
설명에 중력이 얼마나 중요한지 감안할 때모든 물질이 상호 작용하는 방식, 구어체 영어 정의중량(옥스포드에 따르면: "극단적이거나 놀라운 중요성; 심각성 ") 또는Gravitas( "존엄성, 진지함 또는 엄숙함")은 추가적인 의미를 갖습니다. 즉, 누군가 "상황의 중력"을 언급 할 때 물리학자는 여전히 설명이 필요할 수 있습니다. 이것이 큰 G 또는 작은 g의 의미를 의미합니까?