Садржај
- Сила гравитације
- Убрзање због гравитације
- Пример са гравитацијом
- Њутнов универзални закон гравитације
- Пример са Њутоновим универзалним законом гравитације
- Алберт Еинстеинс Теорија опште релативности
- Гравитација је важна
Студент физике могао би се с гравитацијом у физици сусрести на два различита начина: као убрзање захваљујући гравитацији на Земљи или другим небеским тијелима или као сила привлачења између било која два објекта у универзуму. Заправо, гравитација је једна од најосновнијих сила у природи.
Сир Исаац Невтон развио је законе како би описао обоје. Невтонс Сецонд Лав (Фнето = ма) примењује се на било коју нето силу која делује на неки предмет, укључујући силу гравитације која се доживљава у месту било којег великог тела, као што је планета. Њутнов закон универзалне гравитације, обрнути квадратни закон, објашњава гравитационо повлачење или привлачење између било која два објекта.
Сила гравитације
Гравитациона сила коју доживљава неки објект унутар гравитационог поља увек је усмерена према центру масе која генерише поље, попут средишта Земље. У одсуству било које друге силе, то се може описати употребом односа Невтонов Фнето = ма, где Фнето је сила гравитације у Њутонима (Н), м је маса у килограмима (кг) и а је убрзање услед гравитације у м / с2.
Било који предмети унутар гравитационог поља, попут свих стена на Марсу, доживљавају исто убрзање према средини поља делујући на њихове масе. Дакле, једини фактор који мења силу гравитације коју осете различити објекти на истој планети је њихова маса: што је већа маса, већа је сила гравитације и обрнуто.
Снага гравитације је његова тежина у физици, мада се колоквијално тежина често користи различито.
Убрзање због гравитације
Њутнов други закон, Фнето = ма, показује да а мрежна сила узрокује убрзање масе. Ако је нето сила од гравитације, ово се убрзање назива убрзање због гравитације; за објекте у близини одређених великих тела попут планета ово убрзање је приближно константно, што значи да сви предмети падају истим убрзањем.
У близини Земљине површине, ова константа добија своју посебну променљиву: г. "Мали г", као г често се назива, увек има константну вредност од 9,8 м / с2. (Израз "мало г" разликује ову константу од друге важне гравитационе константе, Гили „велики Г“, који се примењује на Универзални закон гравитације.) Било који предмет пао у близини Земље падаће према центру Земље са све већом брзином, а свака секунда иде за 9,8 м / с брже од други пре.
На Земљи је сила гравитације на објект масе м је:
Фграв = мг
Пример са гравитацијом
Астронаути досегну далеку планету и открију да је за подизање објеката тамо потребно осам пута више силе него што је то случај на Земљи. Које је убрзање услед гравитације на овој планети?
На овој планети сила гравитације је осам пута већа. Пошто је маса објеката основно својство тих објеката, оне се не могу мењати, то значи вредност г мора бити и осам пута већи:
8Фграв = м (8 г)
Вредност г на Земљи је 9,8 м / с2, дакле 8 × 9,8 м / с2 = 78.4 м / с2.
Њутнов универзални закон гравитације
Други Њутонови закони који се примењују на разумевање гравитације у физици настали су као последица загонетавања Њутана кроз друге налазе физичара. Покушавао је да објасни зашто планете соларног система имају елиптичне орбите, а не кружне орбите, као што је то запазио и математички описао Јоханнес Кеплер у свом скупу истоимених закона.
Њутн је утврдио да се гравитационе атракције између планета, како се приближавају, тако и једна од друге, играју у кретање планета. Те планете су у ствари биле у слободном паду. Квантификовао је ову привлачност у својој Универзални закон гравитације:
Ф_ {грав} = Г фрац {м_1м_2} {р ^ 2}Где Фграв _ је сила гравитације у Њутонима (Н), _м1 и м2 су масе првог и другог објекта, у килограмима (кг) (на пример, маса Земље и маса објекта у близини Земље), и Д2 је квадрат удаљености између њих у метрима (м).
Променљива Г, названа "великим Г", је универзална гравитациона константа. То има исту вредност свуда у универзуму. Невтон није открио вредност Г (Хенри Цавендисх је то пронашао експериментално након Њутонове смрти), али је открио пропорционалност силе према маси и растојању без ње.
Једнаџба показује две важне везе:
Њутонова теорија је такође позната и као инверзни квадратни закон због друге тачке горе. Објашњава зашто гравитационо привлачење између два објекта брзо одпада, када се одвајају, много брже него ако се мења маса једног или оба.
Пример са Њутоновим универзалним законом гравитације
Која је сила привлачења између комете од 8 000 кг која је удаљена 70 000 м од комете од 200 кг?
почетак {поравнање} Ф_ {грав} & = 6.674 × 10 ^ {- 11} фрац {м ^ 3} {кгс ^ 2} ( дфрац {8.000 кг × 200 кг} {70.000 ^ 2}) & = 2.18 × 10 ^ {- 14} крај {поравнано}Алберт Еинстеинс Теорија опште релативности
Невтон је изврсно радио предвиђајући кретање објеката и квантификујући силу гравитације током 1600-их. Али отприлике 300 година касније, други сјајни ум - Алберт Еинстеин - изазвао је ово мишљење новим начином и тачнијим начином разумевања гравитације.
Према Ајнштајну, гравитација је изобличење Време простор, ткива самог универзума. Простор масовног изобличавања, попут кугле за куглање, ствара увлаку на постељини, а масивнији предмети попут звезда или црних рупа искривљавају простор са ефектима који се лако примећују у телескопу - савијање светлости или промена кретања објеката блиских тим масама .
Еинстеинова теорија опште релативности се одлично показала доказујући зашто Меркур, сићушна планета најближа Сунцу у нашем Сунчевом систему, има орбиту са мерљивом разликом од онога што предвиђају Невтонови закони.
Иако је општа релативност тачнија у објашњавању гравитације од Њутонових закона, разлика у прорачунима која се користи било је приметна већим делом само на „релативистичким“ размерама - гледање изузетно масивних објеката у космосу или брзина скоро светлости. Због тога су Невтонови закони и данас корисни и релевантни у описивању многих ситуација у стварном свету са којима се вероватно среће просечан човек.
Гравитација је важна
"Универзални" део Њутонског универзалног закона гравитације није хиперболички. Овај закон се примењује на све у свемиру са масом! Било које две честице привлаче једна другу, као и све две галаксије. Наравно, на довољно великим растојањима привлачност постаје толико мала да може бити ефективна нула.
С обзиром на то колико је важна гравитација за описивање како сва материја делује, колоквијалне енглеске дефиниције гравитација (према Окфорду: „екстремна или алармантна важност; озбиљност“) или гравитас ("достојанство, озбиљност или свечаност манира") попримају додатни значај. То би рекао, када се неко односи на "тежину ситуације" физичару ће можда требати појашњење: Да ли то значе у смислу великог Г или малог г?