Гравитация - одна из фундаментальных сил в физике. Самым важным аспектом гравитации является то, что она универсальна: все объекты обладают гравитационной силой, которая притягивает другие объекты. Величина гравитационной силы зависит от массы и расстояния между двумя объектами.
Шаг
Часть 1 из 2: Расчет силы тяжести между двумя объектами
Шаг 1. Определите уравнение силы тяжести, действующей на объект, Fгравитация = (Gm1м2) / d2.
Чтобы рассчитать гравитационную силу объекта, это уравнение также учитывает массы двух объектов и их расстояние друг от друга. Переменные уравнения описаны ниже.
- Fгравитация гравитационная сила
- G - универсальная гравитационная постоянная 6,673 x 10-11 Нм2/кг2
- м1 масса первого объекта
- м2 масса второго объекта
- d - расстояние между центрами двух объектов
- Иногда вы встречаете букву r вместо d. Эти два символа обозначают расстояние между двумя объектами.
Шаг 2. Используйте соответствующие метрические единицы
Для этого уравнения вы должны использовать метрические единицы. Масса объекта должна быть в килограммах (кг), а расстояние между объектами должно быть в метрах (м). Вы должны преобразовать эти единицы в метрические единицы, прежде чем продолжить
Шаг 3. Определите массу рассматриваемого объекта
Небольшие предметы можно взвесить, чтобы определить их вес в килограммах. Для крупных объектов вы можете посмотреть приблизительную массу в таблице или в Интернете. В задачах по физике обычно указывается масса объекта.
Шаг 4. Измерьте расстояние между двумя объектами
Если вы пытаетесь вычислить гравитационную силу между объектом и Землей, вам необходимо знать, как далеко этот объект находится от центра Земли.
- Расстояние от поверхности земли до центра Земли составляет примерно 6,38 x 106 м.
- Вы можете найти в Интернете таблицы или другие источники, в которых указано приблизительное расстояние от центра Земли до объектов на разной высоте на поверхности Земли.
Шаг 5. Завершите расчет
Если вы определили переменные в уравнении, не стесняйтесь вводить их для решения. Убедитесь, что все переменные указаны в метрических единицах и правильно масштабированы. Масса должна быть в килограммах, а расстояние - в метрах. Решайте уравнения в правильном порядке вычислений.
- Например, определить силу тяжести человека, масса которого составляет 68 кг над поверхностью земли. Масса Земли 5,98 х 1024 кг.
- Убедитесь, что все переменные указаны в правильных единицах измерения. м1 = 5, 98 х 1024 кг, м2 = 68 кг, G = 6,673 x 10-11 Нм2/кг2и d = 6, 38 x 106 м
- Напишите уравнение: Fгравитация = (Gm1м2) / d2 = [(6, 67 x 10-11) х 68 х (5, 98 х 1024)] / (6, 38 х 106)2
- Умножьте массы двух учтенных объектов. 68 х (5, 98 х 1024) = 4,06 х 1026
- Умножьте результат m1 И м2 с гравитационной постоянной G. (4,06 х 1026) х (6,67 х 10-11) = 2 708 х 1016
- Возведите расстояние между двумя объектами в квадрат. (6, 38 х 106)2 = 4,07 х 1013
- Поделиться результатом G x m1 х м2 на квадрат расстояния, чтобы получить силу тяжести в Ньютонах (Н). 2, 708 х 1016/ 4, 07 х 1013 = 665 Н
- Его сила тяжести составляет 665 Н.
Часть 2 из 2: Расчет силы тяжести на Земле
Шаг 1. Понять второй закон Ньютона, F = ma
Второй закон Ньютона гласит, что ускорение объекта прямо пропорционально чистой силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе. Другими словами, если сила, действующая на объект, больше, чем сила, действующая в противоположном направлении, объект будет двигаться с большей силой.
- Этот закон можно описать уравнением F = ma, где F - сила, m - масса объекта, а a - ускорение.
- Благодаря этому закону мы можем вычислить силу тяжести всех объектов на поверхности земли, используя известное ускорение свободного падения.
Шаг 2. Найдите ускорение свободного падения Земли
На Земле сила тяжести заставляет все объекты ускоряться на 9,8 м / с.2. На поверхности земли мы можем использовать упрощенное уравнение: Fгравитация = mg для расчета силы тяжести.
Если вы хотите узнать более точное количество гравитационных сил, вы все равно можете использовать формулу из предыдущего шага, Fгравитация = (GMЗемлям) / д2 для определения силы тяжести.
Шаг 3. Используйте соответствующие метрические единицы
Для этого уравнения вы должны использовать метрические единицы. Масса объекта должна быть в килограммах (кг), а расстояние между объектами должно быть в метрах (м). Перед продолжением необходимо преобразовать эти единицы в метрические единицы.
Шаг 4. Определите массу рассматриваемого объекта
Небольшие предметы можно взвесить, чтобы определить их вес в килограммах. Для крупных объектов вы можете посмотреть приблизительную массу в таблице или в Интернете. В задачах по физике обычно указывается масса объекта.
Шаг 5. Завершите расчет
Если вы определили переменные в уравнении, не стесняйтесь вводить их для решения. Убедитесь, что все переменные указаны в метрических единицах и правильно масштабированы. Масса должна быть в килограммах, а расстояние - в метрах. Решайте уравнения в правильном порядке вычислений.
- Давайте попробуем использовать уравнение из предыдущего шага и посмотрим, насколько близки результаты. Определите силу притяжения человека массой 68 кг на земной поверхности.
- Убедитесь, что все переменные указаны в правильных единицах измерения: m = 68 кг, g = 9,8 м / с.2.
- Запишите формулу. Fгравитация = мг = 68 * 9, 8 = 666 Н.
- Используя формулу F = mg, сила тяжести равна 666 Н, тогда как результат формулы на предыдущем шаге равен 665 Н. Как видите, два результата почти одинаковы.
подсказки
- Эти две формулы должны дать один и тот же ответ, но более короткую и простую формулу легче использовать при обсуждении объектов на поверхности планеты.
- Используйте первую формулу, если вы не знаете ускорение силы тяжести на планете или вычисляете силу тяжести между двумя очень большими объектами, такими как луна или планеты.
