Tyngdekraften er overalt - både bokstavelig og i hverdagsbevisste handlinger fra mennesker rundt om på planeten. Det er vanskelig eller umulig å forestille seg å leve i en verden fri for dens virkninger, eller til og med i en der effektene ble tweaked med en "liten" mengde - si "bare" omtrent 25 prosent. Tenk deg at du går fra ikke å være i stand til å hoppe høyt nok til å berøre en 10 fot høy basketballkrans til å være i stand til å smelle-dunk med letthet; dette handler om hva en 25-prosent gevinst i sprangevne takket være redusert tyngdekraft ville gi et stort antall mennesker!
En av de fire grunnleggende fysiske kreftene, tyngdekraften påvirker hver ingeniørvirksomhet mennesker noensinne har gjennomført, spesielt innen økonomien. Å kunne beregne tyngdekraften og løse relaterte problemer er en grunnleggende og essensiell ferdighet i innledende fysikk-kurs.
Tyngdekraften
Ingen kan si nøyaktig hva tyngdekraften er, men det er mulig å beskrive det matematisk og i form av andre fysiske størrelser og egenskaper. Tyngdekraft er en av de fire grunnleggende kreftene i naturen, de andre er de sterke og svake atomkreftene (som opererer på det intra-atomare nivået) og den elektromagnetiske kraften. Tyngdekraften er den svakeste av de fire, men har enorm innflytelse på hvordan selve universet den strukturerte.
Matematisk, tyngdekraften i Newton (eller tilsvarende kg m / s2) mellom to masseobjekterM1 ogM2 atskilt medrmeter uttrykkes som:
F_ {grav} = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
hvor iuniversell gravitasjonskonstantG = 6.67 × 10-11 N m2/kg2.
Gravity Explained
Størrelsengav gravitasjonsfeltet til ethvert "massivt" objekt (det vil si en galakse, stjerne, planet, måne osv.) uttrykkes matematisk av forholdet:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
hvorGer konstanten nettopp definert,Mer massen av objektet ogder avstanden mellom objektet og punktet hvor feltet måles. Du kan se ved å se på uttrykket forFgrav atghar kraftenheter delt på masse, siden ligningen forger egentlig tyngdekraftligningen (ligningen forFgrav) uten å ta hensyn til massen til det mindre objektet.
Variabelenghar derfor akselerasjonsenheter. Nær jordoverflaten er akselerasjonen på grunn av jordens gravitasjonskraft 9,8 meter per sekund per sekund, eller 9,8 m / s2. Hvis du bestemmer deg for å gå langt i fysikk, vil du se denne figuren flere ganger enn du vil være i stand til å telle.
Kraft på grunn av tyngdekraftsformelen
Å kombinere formlene i de to ovennevnte delene gir forholdet
F = mg
hvorg= 9,8 m / s2 på jorden. Dette er et spesielt tilfelle av Newtons andre bevegelseslov, altså
F = ma
Tyngdekraftsakselerasjonsformelen kan brukes på vanlig måte med de såkalte newtonske bevegelsesligningene som relaterer masse (m), hastighet (v), lineær posisjon (x), vertikal posisjon (y), akselerasjon (en) og tid (t). Altså, akkurat somd = (1/2)på2, avstanden et objekt vil reise i tidti en linje under kraften av en gitt akselerasjon, avstandenyet objekt vil falle under tyngdekraften i tidter gitt av uttrykketd = (1/2)gt2, eller 4.9t2 for gjenstander som faller under påvirkning av jordens tyngdekraft.
Tips
Når du blir bedt om å løse tyngdeproblemer, inkludert fritt fall, i innledende fysikk, blir du bedt om å ignorere effekten av luftmotstand. I praksis er disse effektene betydelige, slik du vil lære om du følger ingeniørfag eller et lignende felt.