Tyngdkraften finns överallt - både bokstavligt och i det vardagliga medvetandet från människor runt om i världen. Det är svårt eller omöjligt att föreställa sig att leva i en värld som är fri från dess effekter, eller till och med i en där effekterna justerades med en "liten" mängd - säg "bara" cirka 25 procent. Tänk dig att du går från att inte riktigt kunna hoppa tillräckligt högt för att röra en 10 fot hög basketfält till att enkelt kunna smälta; det handlar om vad en 25-procentig vinst i hoppförmåga tack vare minskad tyngdkraft skulle ge ett stort antal människor!
En av de fyra grundläggande fysiska krafterna, tyngdkraften påverkar varje ingenjörsföretag som människor någonsin har åtagit sig, särskilt inom ekonomin. Att kunna beräkna tyngdkraften och lösa relaterade problem är en grundläggande och grundläggande färdighet i inledande fysikvetenskapliga kurser.
Tyngdkraftens kraft
Ingen kan säga exakt vad tyngdkraften är, men det är möjligt att beskriva det matematiskt och i termer av andra fysiska storheter och egenskaper. Gravitation är en av de fyra grundläggande krafterna i naturen, de andra är de starka och svaga kärnkrafterna (som arbetar på intra-atomnivå) och den elektromagnetiska kraften. Gravitation är den svagaste av de fyra, men har enormt inflytande på hur universumet det strukturerade.
Matematiskt tyngdkraften i Newton (eller motsvarande kg m / s)2) mellan två massföremålM1 ochM2 åtskilda avrmeter uttrycks som:
F_ {grav} = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
där denuniversell gravitationskonstantG = 6.67 × 10-11 N m2/kg2.
Gravity Explained
Magnitudenggravitationsfältet för något "massivt" objekt (det vill säga en galax, stjärna, planet, måne, etc.) uttrycks matematiskt av förhållandet:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
varGär konstanten precis definierad,Mär massan av objektet ochdär avståndet mellan objektet och den punkt där fältet mäts. Du kan se genom att titta på uttrycket förFgrav det därghar kraftenheter dividerat med massa, eftersom ekvationen förgär väsentligen gravitationskraftsekvationen (ekvationen förFgrav) utan att redovisa massan av det mindre objektet.
Variabelnghar därför enheter av acceleration. Nära jordens yta är accelerationen på grund av jordens gravitationskraft 9,8 meter per sekund per sekund, eller 9,8 m / s2. Om du bestämmer dig för att gå långt inom fysik kommer du att se den här siffran fler gånger än du kommer att kunna räkna.
Kraft på grund av tyngdkraftsformeln
Att kombinera formlerna i ovanstående två avsnitt ger förhållandet
F = mg
varg= 9,8 m / s2 på jorden. Detta är ett speciellt fall av Newtons andra rörelselag, vilket är
F = ma
Gravitationsaccelereringsformeln kan användas på vanligt sätt med de så kallade newtonska rörelseekvationerna som relaterar till massa (m), hastighet (v), linjär position (x), vertikal position (y), acceleration (a) och tid (t). Det är, precis somd = (1/2)på2, avståndet som ett objekt kommer att resa i tidti en linje under kraften av en given acceleration, avståndetyett objekt kommer att falla under tyngdkraften med tidentges av uttrycketd = (1/2)gt2, eller 4.9t2 för föremål som faller under påverkan av jordens gravitation.
Tips
När du blir ombedd att lösa tyngdkraftsproblem inklusive fritt fall i introduktionsfysiken, blir du ombedd att ignorera effekterna av luftmotstånd. I praktiken är dessa effekter betydande, vilket du kommer att lära dig om du bedriver ingenjörsvetenskap eller liknande.