Гравитация повсюду - как буквально, так и в повседневной сознательной деятельности людей по всей планете. Трудно или невозможно представить себе жизнь в мире, свободном от его эффектов, или даже в мире, где эффекты были изменены на «небольшую» величину - скажем, «всего» около 25 процентов. Что ж, представьте, что вы переходите от неспособности прыгнуть достаточно высоко, чтобы коснуться баскетбольного кольца высотой 10 футов, к способности с легкостью отбивать мяч; это примерно то, что 25-процентный прирост прыжковой способности благодаря уменьшению силы тяжести обеспечил бы огромное количество людей!
Гравитация, одна из четырех фундаментальных физических сил, влияет на все инженерные предприятия, которые когда-либо предпринимались людьми, особенно в области экономики. Умение вычислять силу тяжести и решать связанные с этим задачи - основной и важный навык вводных курсов по физике.
Сила гравитации
Никто не может точно сказать, что «такое» гравитация, но можно описать ее математически и с помощью других физических величин и свойств. Гравитация - одна из четырех фундаментальных сил в природе, другие - сильные и слабые ядерные силы (которые действуют на внутриатомном уровне) и электромагнитная сила. Гравитация - самая слабая из четырех, но она оказывает огромное влияние на структуру самой Вселенной.
Математически сила тяжести в Ньютонах (или, что эквивалентно, кг м / с2) между любыми двумя объектами массыM1 а такжеM2 разделены порметров выражается как:
F_ {grav} = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
гдеуниверсальный гравитационная постояннаяграмм = 6.67 × 10-11 Н м2/kg2.
Объяснение гравитации
Величинаграммгравитационного поля любого «массивного» объекта (то есть галактики, звезды, планеты, луны и т. д.) математически выражается соотношением:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
гдеграмм- это только что определенная константа,Mмасса объекта иd- расстояние между объектом и точкой измерения поля. Вы можете увидеть, посмотрев на выражение дляFгравитация чтограммимеет единицы силы, деленные на массу, так как уравнение дляграммпо сути является уравнением силы тяжести (уравнение дляFгравитация) без учета массы меньшего объекта.
Переменнаяграммпоэтому есть единицы ускорения. Вблизи поверхности Земли ускорение за счет силы тяжести Земли составляет 9,8 метра в секунду в секунду, или 9,8 м / с.2. Если вы решите далеко продвинуться в физике, вы увидите эту цифру больше раз, чем сможете сосчитать.
Формула силы, обусловленной гравитацией
Объединение формул в двух вышеупомянутых разделах приводит к соотношению
F = мг
гдеграмм= 9,8 м / с2 на земле. Это частный случай второго закона движения Ньютона, который
F = ma
Формулу ускорения свободного падения можно обычным образом использовать с так называемыми ньютоновскими уравнениями движения, которые связывают массу (м), скорость (v), линейное положение (Икс), Вертикальная позиция (у), ускорение (а) и время (т). То есть так же, какd = (1/2)в2, расстояние, на которое объект пройдет во временитна линии под действием данного ускорения расстояниеуобъект со временем упадет под действием силы тяжеститполучается из выраженияd = (1/2)gt2, или 4,9т2 для предметов, падающих под действием силы тяжести Земли.
Советы
Во вводной физике, когда вас просят решить задачи гравитации, включая свободное падение, вас просят игнорировать эффекты сопротивления воздуха. На практике эти эффекты значительны, как вы узнаете, если будете заниматься инженерией или аналогичной областью.