Grawitacja jest jedną z podstawowych sił fizyki. Najważniejszym aspektem grawitacji jest to, że jest ona uniwersalna: wszystkie obiekty mają siłę grawitacyjną, która przyciąga inne obiekty. Wielkość siły grawitacyjnej zależy od masy i odległości między dwoma obiektami.
Krok
Część 1 z 2: Obliczanie siły grawitacji między dwoma obiektami
Krok 1. Zdefiniuj równanie siły grawitacji działającej na obiekt, Fgrav = (Gm1m2)/D2.
Aby móc obliczyć siłę grawitacyjną obiektu, równanie to uwzględnia również masy dwóch obiektów i ich odległość od siebie. Zmienne równania są opisane poniżej.
- Fgrav jest siła grawitacyjna
- G jest uniwersalną stałą grawitacyjną 6,673 x 10-11 Nm2/kg2
- m1 to masa pierwszego obiektu
- m2 jest masa drugiego obiektu
- d to odległość między środkami dwóch obiektów
- Czasami można znaleźć literę r zamiast d. Te dwa symbole reprezentują odległość między dwoma obiektami.
Krok 2. Użyj odpowiednich jednostek metrycznych
W tym równaniu należy używać jednostek metrycznych. Masa przedmiotu musi być wyrażona w kilogramach (kg), a odległość między przedmiotami musi być w metrach (m). Przed kontynuowaniem musisz przekonwertować te jednostki na jednostki metryczne
Krok 3. Określ masę danego obiektu
W przypadku małych przedmiotów można je zważyć, aby określić ich wagę w kilogramach. W przypadku dużych obiektów przybliżoną masę można sprawdzić na stole lub w Internecie. W problemach fizycznych zwykle podana będzie masa obiektu.
Krok 4. Zmierz odległość między dwoma obiektami
Jeśli próbujesz obliczyć siłę grawitacyjną między obiektem a Ziemią, musisz wiedzieć, jak daleko ten obiekt znajduje się od środka Ziemi.
- Odległość od powierzchni ziemi do środka ziemi wynosi około 6,38 x 106 m.
- Możesz wyszukiwać tabele lub inne źródła w Internecie, które podają przybliżoną odległość od środka Ziemi do obiektów na różnych wysokościach na powierzchni Ziemi.
Krok 5. Dokończ obliczenia
Jeśli zdefiniowałeś zmienne w równaniu, możesz je wprowadzić do rozwiązania. Upewnij się, że wszystkie zmienne są w jednostkach metrycznych i są odpowiednio wyskalowane. Masa musi być w kilogramach, a odległość w metrach. Rozwiązuj równania w odpowiedniej kolejności obliczeń.
- Na przykład określ siłę grawitacyjną osoby, której masa wynosi 68 kg nad powierzchnią ziemi. Masa Ziemi to 5,98 x 1024 kg.
- Upewnij się, że wszystkie zmienne są w poprawnych jednostkach. m1 = 5, 98 x 1024 kg, m2 = 68 kg, G = 6,673 x 10-11 Nm2/kg2i d = 6, 38 x 106 m
- Napisz swoje równanie: Fgrav = (Gm1m2)/D2 = [(6, 67 x 10-11) x 68 x (5, 98 x 1024)]/(6, 38 x 106)2
- Pomnóż masy dwóch uwzględnionych obiektów. 68 x (5, 98 x 1024) = 4,06 x 1026
- Pomnóż wynik m1 oraz m2 ze stałą grawitacyjną G. (4,06 x 1026) x (6,67 x 10.)-11) = 2708 x 1016
- Kwadrat odległości między dwoma obiektami. (6, 38 x 106)2 = 4,07 x 1013
- Podziel wynik G x m1 x m2 przez kwadrat odległości, aby otrzymać siłę grawitacyjną w Newtonach (N). 2, 708 x 1016/4, 07 x 1013 = 665 N
- Jego siła grawitacyjna wynosi 665 N.
Część 2 z 2: Obliczanie siły grawitacji na Ziemi
Krok 1. Zrozum drugie prawo Newtona, F = ma
Drugie prawo Newtona mówi, że przyspieszenie obiektu jest wprost proporcjonalne do działającej na niego siły wypadkowej i odwrotnie proporcjonalne do jego masy. Innymi słowy, jeśli siła działająca na obiekt jest większa niż siła działająca w przeciwnym kierunku, obiekt poruszy się z większą siłą.
- Prawo to można podsumować równaniem F = ma, gdzie F to siła, m to masa obiektu, a a to przyspieszenie.
- Dzięki temu prawu możemy obliczyć siłę grawitacyjną wszystkich obiektów na powierzchni Ziemi, wykorzystując znane przyspieszenie ziemskie.
Krok 2. Znajdź przyspieszenie wynikające z grawitacji Ziemi
Na Ziemi siła grawitacji powoduje przyspieszenie wszystkich obiektów o 9,8 m/s2. Na powierzchni ziemi możemy użyć uproszczonego równania: Fgrav = mg, aby obliczyć siłę grawitacji.
Jeśli chcesz poznać dokładniejszą liczbę sił grawitacyjnych, nadal możesz użyć wzoru z poprzedniego kroku, Fgrav = (GMZiemiam)/d2 aby określić siłę grawitacji.
Krok 3. Użyj odpowiednich jednostek metrycznych
W tym równaniu należy używać jednostek metrycznych. Masa przedmiotu musi być wyrażona w kilogramach (kg), a odległość między przedmiotami musi być w metrach (m). Przed kontynuowaniem musisz przekonwertować te jednostki na jednostki metryczne.
Krok 4. Określ masę danego obiektu
W przypadku małych przedmiotów można je zważyć, aby określić ich wagę w kilogramach. W przypadku dużych obiektów przybliżoną masę można sprawdzić na stole lub w Internecie. W problemach fizycznych zwykle podana będzie masa obiektu.
Krok 5. Dokończ obliczenia
Jeśli zdefiniowałeś zmienne w równaniu, możesz je wprowadzić do rozwiązania. Upewnij się, że wszystkie zmienne są w jednostkach metrycznych i są odpowiednio wyskalowane. Masa musi być w kilogramach, a odległość w metrach. Rozwiązuj równania w odpowiedniej kolejności obliczeń.
- Spróbujmy użyć równania z poprzedniego kroku i zobaczmy, jak bliskie są wyniki. Wyznacz siłę grawitacyjną osoby o masie 68 kg na powierzchni ziemi.
- Upewnij się, że wszystkie zmienne są w poprawnych jednostkach: m = 68 kg, g = 9,8 m/s2.
- Zapisz wzór. Fgrav = mg = 68*9, 8 = 666 N.
- Używając wzoru F = mg siła grawitacji wynosi 666 N, podczas gdy wynik ze wzoru w poprzednim kroku to 665 N. Jak widać, oba wyniki są prawie takie same.
Porady
- Te dwie formuły powinny dać tę samą odpowiedź, ale krótsza i prostsza formuła jest łatwiejsza w użyciu przy omawianiu obiektów na powierzchni planety.
- Użyj pierwszego wzoru, jeśli nie znasz przyspieszenia grawitacyjnego na planecie lub obliczasz siłę grawitacyjną między dwoma bardzo dużymi obiektami, takimi jak księżyc lub planety.
