Гравітація є скрізь - і буквально, і в повсякденних свідомих діях людей по всій планеті. Важко або неможливо уявити, що ми живемо у світі, позбавленому його наслідків, або навіть у такому, де ефекти були виправлені на «незначну» величину - скажімо, «лише» близько 25 відсотків. Ну, уявіть собі, що ви переходите від не зовсім здатної стрибнути досить високо, щоб доторкнутися до баскетбольного ободу заввишки 10 футів, до того, що зможете з легкістю ляпати; це приблизно те, що 25-відсотковий виграш у здатності стрибати завдяки зменшенню сили тяжіння забезпечить величезну кількість людей!
Однією з чотирьох основних фізичних сил гравітація впливає на кожне інженерне підприємство, яке коли-небудь здійснювали люди, особливо в галузі економіки. Вміння розраховувати силу тяжіння та вирішувати пов’язані з цим проблеми є основною та необхідною навичкою вступних курсів фізичної науки.
Сила тяжіння
Ніхто не може точно сказати, що таке "сила тяжіння", але це можна описати математично та з точки зору інших фізичних величин та властивостей. Сила тяжіння є однією з чотирьох основних сил у природі, іншими є сильні та слабкі ядерні сили (які діють на внутрішньоатомному рівні) та електромагнітна сила. Гравітація є найслабшою з чотирьох, але має величезний вплив на те, як структурований сам Всесвіт.
Математично, сила тяжіння в Ньютонах (або еквівалентно, кг м / с2) між будь-якими двома об’єктами масиМ1 іМ2 розділенірметрів виражається як:
F_ {гравітація = \ frac {GM_1M_2} {r ^ 2}
деуніверсальний постійна гравітаціїG = 6.67 × 10-11 Н м2/kg2.
Пояснення сили тяжіння
Величинаgгравітаційного поля будь-якого "масивного" об'єкта (тобто галактики, зірки, планети, місяця тощо) виражається математично співвідношенням:
g = \ frac {GM} {d ^ 2}
деG- константа, щойно визначена,М- маса об'єкта іd- відстань між об’єктом і точкою, в якій вимірюється поле. Ви можете побачити, подивившись на вираз дляFграв щоgмає одиниці сили, поділені на масу, оскільки рівняння дляgє, по суті, рівнянням сили тяжіння (рівняння дляFграв) без обліку маси меншого об’єкта.
Зміннаgтому має одиниці прискорення. Біля поверхні Землі прискорення внаслідок сили тяжіння Землі становить 9,8 метра в секунду в секунду, або 9,8 м / с2. Якщо ви вирішите піти далеко у фізичній науці, ви побачите цю цифру частіше, ніж зможете порахувати.
Сила завдяки формулі тяжіння
Поєднання формул у двох вищезазначених розділах створює взаємозв'язок
F = мг
деg= 9,8 м / с2 на землі. Це особливий випадок другого закону руху Ньютона, яким є
F = ma
Формулу прискорення сили тяжіння можна використовувати звичайним чином з так званими ньютонівськими рівняннями руху, які відносять масу (м), швидкість (v), лінійне положення (х), вертикальне положення (р), прискорення (a) і час (т). Тобто так самоd = (1/2)в2, відстань, яку об’єкт пройде в часіту лінії під силою даного прискорення, відстаньроб'єкт впаде під дією сили тяжіння в часітдається виразомd = (1/2)gt2, або 4.9т2 для об'єктів, що потрапляють під вплив земного тяжіння.
Поради
У вступній фізиці, коли вам пропонують вирішити проблеми гравітації, включаючи вільне падіння, вас просять ігнорувати ефекти опору повітря. На практиці ці ефекти є значними, оскільки ви дізнаєтесь, якщо будете займатися інженерною технікою чи подібною галуззю.