Gravitația este forța cu care Pământul atrage un corp lângă suprafața sa. .
Fenomenele gravitației pot fi observate peste tot în lumea din jurul nostru. O minge aruncată în sus cade, o piatră aruncată în direcție orizontală va ajunge la pământ după un timp. Un satelit artificial lansat de pe Pământ, datorită efectului gravitației, nu zboară în linie dreaptă, ci se mișcă în jurul Pământului.
Gravitatieîntotdeauna îndreptată vertical în jos, spre centrul pământului. Este notat cu litera latină F t (t- greutate). Forța de greutate se aplică centrului de greutate al corpului.
Pentru a găsi centrul de greutate al unei forme arbitrare, trebuie să atârnați corpul pe fire în diferitele sale puncte. Punctul de intersecție al tuturor direcțiilor marcate de fir va fi centrul de greutate al corpului. Centrul de greutate al corpurilor de formă regulată este situat în centrul de simetrie al corpului și nu este necesar ca acesta să aparțină corpului (de exemplu, centrul de simetrie al unui inel).
Pentru un corp aproape de suprafața Pământului, forța gravitației este:
unde este masa Pământului, m- masa corpului , R este raza pământului.
Dacă numai această forță acționează asupra corpului (și toate celelalte sunt echilibrate), atunci ea face o cădere liberă. Accelerația acestei căderi libere poate fi găsită prin aplicarea celei de-a doua legi a lui Newton:
(2)
Din această formulă, putem concluziona că accelerația căderii libere nu depinde de masa corpului m, prin urmare, este la fel pentru toate corpurile. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, gravitația poate fi definită ca produsul dintre masa unui corp și accelerația (în acest caz, accelerația datorată gravitației g);
Gravitatie, care acționează asupra corpului, este egal cu produsul dintre masa corpului și accelerația căderii libere.
La fel ca cea de-a doua lege a lui Newton, formula (2) este valabilă numai în cadrele de referință inerțiale. Pe suprafața Pământului, numai sistemele asociate cu polii Pământului, care nu participă la rotația sa zilnică, pot fi sisteme de referință inerțiale. Toate celelalte puncte ale suprafeței pământului se mișcă în cercuri cu accelerații centripete, iar cadrele de referință asociate cu aceste puncte sunt neinerțiale.
Datorită rotației Pământului, accelerația căderii libere la diferite latitudini este diferită. Cu toate acestea, accelerațiile de cădere liberă în diferite regiuni ale globului diferă foarte puțin și diferă foarte puțin de valoarea calculată prin formula
Prin urmare, în calcule brute, cadrul de referință non-inerțial asociat cu suprafața Pământului este neglijat, iar accelerația de cădere liberă se presupune că este aceeași peste tot.
Absolut toate corpurile din Univers sunt afectate de o forță magică care le atrage cumva spre Pământ (mai precis, spre miezul său). Nu există unde să scape, unde să te ascunzi de gravitația magică atotcuprinzătoare: planetele sistemului nostru solar sunt atrase nu numai de imensul Soare, ci și unele de altele, toate obiectele, moleculele și cei mai mici atomi sunt, de asemenea, atrase reciproc. . cunoscut chiar și copiilor mici, după ce și-a dedicat viața studierii acestui fenomen, a stabilit una dintre cele mai mari legi - legea gravitației universale.
Ce este gravitația?
Definiția și formula sunt cunoscute de mult timp de mulți. Amintiți-vă că gravitația este o anumită cantitate, una dintre manifestările naturale ale gravitației universale și anume: forța cu care orice corp este invariabil atras de Pământ.
Forța gravitației este notă cu litera latină F grea.
Gravitate: Formula
Cum se calculează direcționat către un anumit corp? Ce alte cantități trebuie să știți pentru a face acest lucru? Formula de calcul a gravitației este destul de simplă, este studiată în clasa a VII-a a unei școli cuprinzătoare, la începutul unui curs de fizică. Pentru a o învăța nu numai, ci și pentru a o înțelege, ar trebui să plecăm de la faptul că forța gravitației, care acționează invariabil asupra unui corp, este direct proporțională cu valoarea sa cantitativă (masa).
Unitatea de gravitație poartă numele marelui om de știință Newton.
Este întotdeauna îndreptată strict în jos spre centrul miezului pământului, datorită influenței sale toate corpurile cad cu o accelerație uniformă. Observăm fenomenele gravitației în viața de zi cu zi peste tot și în mod constant:
- obiectele, accidental sau special eliberate din mâini, cad neapărat pe Pământ (sau pe orice suprafață care împiedică căderea liberă);
- un satelit lansat în spațiu nu zboară departe de planeta noastră pe o distanță nedeterminată perpendicular în sus, ci rămâne pe orbită;
- toate râurile curg din munți și nu pot fi inversate;
- se întâmplă ca o persoană să cadă și să fie rănită;
- cele mai mici particule de praf stau pe toate suprafețele;
- aerul este concentrat la suprafața pământului;
- genți greu de transportat;
- ploaia cade din nori si nori, cade zapada, grindina.
Alături de conceptul de „gravitație”, este folosit termenul de „greutate corporală”. Dacă corpul este plasat pe o suprafață orizontală plană, atunci greutatea și gravitația sa sunt egale numeric, așa că aceste două concepte sunt adesea înlocuite, ceea ce nu este deloc corect.
Accelerația gravitației
Conceptul de „accelerare a căderii libere” (cu alte cuvinte, este asociat cu termenul „gravitație.” Formula arată: pentru a calcula forța gravitațională, trebuie să înmulțiți masa cu g (accelerația St. p .).
„g” = 9,8 N/kg, aceasta este o valoare constantă. Cu toate acestea, măsurători mai precise arată că, datorită rotației Pământului, valoarea accelerației St. p. nu este același și depinde de latitudine: la Polul Nord este = 9,832 N / kg, iar la ecuatorul sufocant = 9,78 N / kg. Se pare că în diferite locuri ale planetei o forță de gravitație diferită este direcționată către corpuri cu masă egală (formula mg rămâne încă neschimbată). Pentru calcule practice, s-a decis să se permită erori minore în această valoare și să se utilizeze valoarea medie de 9,8 N/kg.
Proporționalitatea unei astfel de cantități precum gravitația (formula demonstrează acest lucru) vă permite să măsurați greutatea unui obiect cu un dinamometru (similar cu afacerile obișnuite de uz casnic). Vă rugăm să rețineți că instrumentul afișează doar forță, deoarece valoarea locală „g” trebuie cunoscută pentru a determina greutatea exactă a corpului.
Acționează gravitația la orice distanță (atât apropiată, cât și îndepărtată) de centrul pământului? Newton a emis ipoteza că acesta acționează asupra corpului chiar și la o distanță considerabilă de Pământ, dar valoarea sa scade invers cu pătratul distanței de la obiect până la nucleul Pământului.
Gravitația în sistemul solar
Există o definiție și o formulă cu privire la alte planete care își păstrează relevanța. Cu o singură diferență în sensul „g”:
- pe Lună = 1,62 N/kg (de șase ori mai puțin decât pe Pământ);
- pe Neptun = 13,5 N/kg (de aproape o ori și jumătate mai mare decât pe Pământ);
- pe Marte = 3,73 N/kg (de peste două ori și jumătate mai puțin decât pe planeta noastră);
- pe Saturn = 10,44 N/kg;
- pe Mercur = 3,7 N/kg;
- pe Venus = 8,8 N/kg;
- pe Uranus = 9,8 N/kg (practic la fel ca al nostru);
- pe Jupiter = 24 N/kg (de aproape două ori și jumătate mai mare).
În acest paragraf, vă vom aminti despre gravitație, accelerația centripetă și greutatea corporală.
Fiecare corp de pe planetă este afectat de gravitația Pământului. Forța cu care Pământul atrage fiecare corp este determinată de formula
Punctul de aplicare este în centrul de greutate al corpului. Gravitatie întotdeauna îndreptată vertical în jos.
Se numește forța cu care un corp este atras de Pământ sub influența câmpului gravitațional al Pământului gravitatie. Conform legii gravitației universale, pe suprafața Pământului (sau în apropierea acestei suprafețe), un corp de masă m este afectat de forța gravitației.
F t \u003d GMm / R 2
unde M este masa Pământului; R este raza Pământului.
Dacă numai gravitația acționează asupra corpului și toate celelalte forțe sunt echilibrate reciproc, corpul este în cădere liberă. Conform celei de-a doua legi a lui Newton și formulei F t \u003d GMm / R 2 modulul de accelerare în cădere liberă g se găsește prin formula
g=Ft/m=GM/R2.
Din formula (2.29) rezultă că accelerația în cădere liberă nu depinde de masa m a corpului în cădere, adică. pentru toate corpurile dintr-un loc dat de pe Pământ este la fel. Din formula (2.29) rezultă că Fт = mg. În formă vectorială
F t \u003d mg
În § 5 s-a observat că, întrucât Pământul nu este o sferă, ci un elipsoid de revoluție, raza sa polară este mai mică decât cea ecuatorială. Din formula F t \u003d GMm / R 2 se poate observa că din acest motiv forţa gravitaţiei şi acceleraţia căderii libere cauzate de aceasta este mai mare la pol decât la ecuator.
Forța gravitației acționează asupra tuturor corpurilor din câmpul gravitațional al Pământului, dar nu toate corpurile cad pe Pământ. Acest lucru se datorează faptului că mișcarea multor corpuri este împiedicată de alte corpuri, cum ar fi suporturi, fire de suspensie etc. Corpurile care restricționează mișcarea altor corpuri se numesc conexiuni. Sub acțiunea gravitației, legăturile sunt deformate, iar forța de reacție a legăturii deformate, conform celei de-a treia legi a lui Newton, echilibrează forța gravitației.
Accelerația căderii libere este afectată de rotația Pământului. Această influență este explicată după cum urmează. Cadrele de referință asociate cu suprafața Pământului (cu excepția celor două asociate cu polii Pământului) nu sunt, strict vorbind, cadre de referință inerțiale - Pământul se rotește în jurul axei sale și, odată cu el, se deplasează de-a lungul cercurilor cu centripetă. accelerația și astfel de cadre de referință. Această non-inerțialitate a sistemelor de referință se manifestă, în special, prin faptul că valoarea accelerației căderii libere se dovedește a fi diferită în diferite locuri de pe Pământ și depinde de latitudinea geografică a locului unde cadrul de referință este asociat. cu Pământul este situat, relativ la care se determină accelerația gravitației.
Măsurătorile efectuate la diferite latitudini au arătat că valorile numerice ale accelerației gravitaționale diferă puțin unele de altele. Prin urmare, cu calcule nu foarte precise, se poate neglija non-inerțialitatea sistemelor de referință asociate cu suprafața Pământului, precum și diferența de formă a Pământului față de cea sferică și se poate presupune că accelerația căderii libere în orice loc de pe Pământ. Pământul este același și egal cu 9,8 m/s 2.
Din legea gravitației universale rezultă că forța gravitației și accelerația căderii libere cauzate de aceasta scad odată cu creșterea distanței față de Pământ. La o înălțime h față de suprafața Pământului, modulul de accelerație gravitațională este determinat de formula
g=GM/(R+h) 2.
S-a stabilit că la o înălțime de 300 km deasupra suprafeței Pământului, accelerația de cădere liberă este mai mică decât la suprafața Pământului cu 1 m/s2.
În consecință, în apropierea Pământului (până la înălțimi de câțiva kilometri), forța gravitației practic nu se modifică și, prin urmare, căderea liberă a corpurilor din apropierea Pământului este o mișcare uniform accelerată.
Greutate corporala. Imponderabilitate și supraîncărcare
Se numește forța în care, datorită atracției către Pământ, corpul acționează asupra susținerii sau suspensiei sale greutate corporala. Spre deosebire de gravitație, care este o forță gravitațională aplicată unui corp, greutatea este o forță elastică aplicată unui suport sau suspensie (adică unei conexiuni).
Observațiile arată că greutatea corpului P, determinată pe o balanță elastică, este egală cu forța gravitațională F t care acționează asupra corpului numai dacă balanța cu corpul față de Pământ este în repaus sau se mișcă uniform și rectiliniu; În acest caz
P \u003d F t \u003d mg.
Dacă corpul se mișcă cu accelerație, atunci greutatea sa depinde de valoarea acestei accelerații și de direcția sa față de direcția de accelerație în cădere liberă.
Când un corp este suspendat pe o balanță elastică, asupra lui acţionează două forţe: forţa gravitaţională F t =mg şi forţa elastică F yp a arcului. Dacă în același timp corpul se mișcă vertical în sus sau în jos față de direcția de accelerație în cădere liberă, atunci suma vectorială a forțelor F t și F yn dă rezultanta, determinând accelerația corpului, adică.
F t + F pachet \u003d ma.
Conform definiției de mai sus a conceptului de „greutate”, putem scrie că P=-F yp. Din formula: F t + F pachet \u003d ma. ținând cont de faptul că F t =mg, rezultă că mg-ma=-F da . Prin urmare, P \u003d m (g-a).
Forțele F t și F yn sunt direcționate de-a lungul unei drepte verticale. Prin urmare, dacă accelerația corpului a este îndreptată în jos (adică coincide în direcția cu accelerația căderii libere g), atunci modulo
P=m(g-a)
Dacă accelerația corpului este îndreptată în sus (adică, opusă direcției de accelerație în cădere liberă), atunci
P \u003d m \u003d m (g + a).
În consecință, greutatea unui corp a cărui accelerație coincide în direcție cu accelerația căderii libere este mai mică decât greutatea unui corp în repaus, iar greutatea unui corp a cărui accelerație este opusă direcției de accelerație a căderii libere este mai mare decât greutatea unui corp în repaus. Creșterea greutății corporale cauzată de mișcarea sa accelerată se numește suprasarcina.
În cădere liberă a=g. Din formula: P=m(g-a)
rezultă că în acest caz P=0, adică nu există greutate. Prin urmare, dacă corpurile se mișcă numai sub influența gravitației (adică cad liber), ele sunt într-o stare imponderabilitate. O trăsătură caracteristică a acestei stări este absența deformărilor și a tensiunilor interne în corpurile în cădere liberă, care sunt cauzate în corpurile în repaus de gravitație. Motivul imponderabilității corpurilor este că forța gravitației conferă aceleași accelerații unui corp în cădere liberă și suportului (sau suspensiei) acestuia.
Nu am înțeles lecția de fizică și nu știu să determin forța gravitației!
Răspuns
Gravitația este proprietatea corpurilor cu masă de a se atrage reciproc. Corpurile care au masă se atrag mereu reciproc. Atracția corpurilor cu mase foarte mari la scară astronomică creează forțe semnificative datorită cărora lumea este așa cum o cunoaștem.
Forța gravitației este cauza gravitației pământului, în urma căreia obiectele cad pe el. Datorită forței gravitaționale, Luna se învârte în jurul Pământului, Pământului și altor planete în jurul Soarelui, iar Sistemul Solar în jurul centrului Galaxiei.
În fizică, gravitația este forța cu care un corp acționează asupra unui suport sau suspensie verticală. Această forță este întotdeauna îndreptată vertical în jos.
F este forța cu care acționează corpul. Se măsoară în newtoni (N).
m este masa (greutatea) corpului. Măsurată în kilograme (kg)
g este accelerația de cădere liberă. Se măsoară în newtoni împărțit la kilogramul (N/kg). Valoarea sa este constantă și în medie pe suprafața pământului este de 9,8 N/kg.
Cum se determină forța de atracție?
Exemplu:
Fie masa valizei de 15 kg, apoi pentru a găsi forța de atracție a valizei către Pământ, folosim formula:
F \u003d m * g \u003d 15 * 9,8 \u003d 147 N.
Adică forța de atracție a valizei este de 147 de newtoni.
Valoarea lui g pentru planeta Pământ nu este aceeași - la ecuator este de 9,83 N/kg, iar la poli 9,78 N/kg. Prin urmare, ei iau valoarea medie pe care am folosit-o pentru calcul. Valorile exacte pentru diferite regiuni ale planetei sunt folosite în industria aerospațială și, de asemenea, li se acordă atenție în sport, atunci când sportivii se antrenează pentru competiții din alte țări.
Notă istorică: pentru prima dată, a calculat g și a derivat formula gravitației, sau mai degrabă formula forței cu care un corp acționează asupra altor corpuri, în 1687, celebrul fizician englez Isaac Newton. În onoarea lui este numită unitatea de măsură a forței. Există o legendă că Newton a început să investigheze problema gravitației după ce i-a căzut un măr în cap.
