« Fisika - Kelas 10 "
Mengapa bulan bergerak mengelilingi bumi?
Apa yang terjadi jika bulan berhenti?
Mengapa planet-planet berputar mengelilingi matahari?
Dalam Bab 1, dibahas secara rinci bahwa bola dunia memberikan percepatan yang sama untuk semua benda di dekat permukaan bumi - percepatan jatuh bebas. Tetapi jika bola dunia memberikan percepatan ke tubuh, maka, menurut hukum kedua Newton, ia bekerja pada tubuh dengan beberapa gaya. Gaya yang dilakukan bumi pada benda disebut gravitasi. Pertama, mari kita cari gaya ini, dan kemudian pertimbangkan gaya gravitasi universal.
Percepatan modulo ditentukan dari hukum kedua Newton:
Dalam kasus umum, itu tergantung pada gaya yang bekerja pada tubuh dan massanya. Karena percepatan jatuh bebas tidak bergantung pada massa, jelaslah bahwa gaya gravitasi harus sebanding dengan massa:
Kuantitas fisik adalah percepatan jatuh bebas, konstan untuk semua benda.
Berdasarkan rumus F = mg, Anda dapat menentukan metode sederhana dan praktis yang nyaman untuk mengukur massa benda dengan membandingkan massa benda tertentu dengan satuan massa standar. Rasio massa dua benda sama dengan rasio gaya gravitasi yang bekerja pada benda:
Ini berarti bahwa massa benda adalah sama jika gaya gravitasi yang bekerja padanya sama.
Hal ini menjadi dasar penentuan massa dengan menimbang pada pegas atau timbangan. Dengan memastikan bahwa gaya tekanan tubuh pada timbangan, sama dengan gaya gravitasi yang diterapkan pada tubuh, seimbang dengan gaya tekanan beban pada timbangan lainnya, sama dengan gaya gravitasi yang diterapkan pada beban , dengan demikian kita menentukan massa benda.
Gaya gravitasi yang bekerja pada benda tertentu di dekat Bumi dapat dianggap konstan hanya pada garis lintang tertentu di dekat permukaan bumi. Jika benda diangkat atau dipindahkan ke tempat dengan garis lintang yang berbeda, maka percepatan jatuh bebas, dan karenanya gaya gravitasi, akan berubah.
Kekuatan gravitasi.
Newton adalah orang pertama yang secara tegas membuktikan bahwa alasan yang menyebabkan jatuhnya batu ke Bumi, pergerakan Bulan mengelilingi Bumi dan planet-planet mengelilingi Matahari, adalah sama. Ini gaya gravitasi bertindak di antara setiap benda di Alam Semesta.
Newton sampai pada kesimpulan bahwa jika bukan karena hambatan udara, maka lintasan batu yang dilempar dari gunung yang tinggi (Gbr. 3.1) dengan kecepatan tertentu bisa menjadi sedemikian rupa sehingga tidak akan pernah mencapai permukaan bumi sama sekali, tetapi akan bergerak di sekitarnya seperti bagaimana planet menggambarkan orbitnya di langit.
Newton menemukan alasan ini dan mampu mengungkapkannya secara akurat dalam bentuk satu rumus - hukum gravitasi universal.
Karena gaya gravitasi universal memberikan percepatan yang sama ke semua benda, berapa pun massanya, gaya itu harus sebanding dengan massa benda tempat ia bekerja:
"Gravitasi ada untuk semua benda secara umum dan sebanding dengan massa masing-masing ... semua planet saling gravitasi ..." I. Newton
Tetapi karena, misalnya, Bumi bekerja di Bulan dengan gaya yang sebanding dengan massa Bulan, maka Bulan, menurut hukum ketiga Newton, harus bekerja di Bumi dengan gaya yang sama. Apalagi gaya ini harus sebanding dengan massa Bumi. Jika gaya gravitasi benar-benar universal, maka dari sisi suatu benda tertentu, setiap benda lain harus dikenai gaya yang sebanding dengan massa benda lain ini. Akibatnya, gaya gravitasi universal harus sebanding dengan produk massa benda-benda yang berinteraksi. Dari sini berikut rumusan hukum gravitasi universal.
Hukum gravitasi:
Gaya tarik-menarik timbal balik dari dua benda berbanding lurus dengan produk dari massa benda-benda ini dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka:
Faktor proporsionalitas G disebut konstanta gravitasi.
Konstanta gravitasi secara numerik sama dengan gaya tarik-menarik antara dua titik material dengan massa masing-masing 1 kg, jika jarak di antara mereka adalah 1 m. Lagi pula, dengan massa m 1 \u003d m 2 \u003d 1 kg dan jarak r \u003d 1 m, kami mendapatkan G \u003d F (secara numerik).
Harus diingat bahwa hukum gravitasi universal (3.4) sebagai hukum universal berlaku untuk poin material. Dalam hal ini, gaya interaksi gravitasi diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan titik-titik ini (Gbr. 3.2, a).
Dapat ditunjukkan bahwa benda homogen berbentuk bola (bahkan jika benda tersebut tidak dapat dianggap sebagai titik material, Gambar 3.2, b) juga berinteraksi dengan gaya yang ditentukan oleh rumus (3.4). Dalam hal ini, r adalah jarak antara pusat bola. Gaya tarik menarik terletak pada garis lurus yang melalui pusat-pusat bola. Kekuatan seperti itu disebut pusat. Benda-benda yang jatuh ke Bumi biasanya kita anggap jauh lebih kecil dari jari-jari Bumi (R 6400 km).
Benda tersebut, terlepas dari bentuknya, dapat dianggap sebagai titik material dan gaya tariknya ke Bumi dapat ditentukan dengan menggunakan hukum (3.4), mengingat bahwa r adalah jarak dari benda tertentu ke pusat Bumi.
Sebuah batu yang dilemparkan ke Bumi akan menyimpang di bawah aksi gravitasi dari jalan lurus dan, setelah menggambarkan lintasan melengkung, akhirnya akan jatuh ke Bumi. Jika Anda melemparnya dengan lebih cepat, itu akan jatuh lebih jauh. ” I. Newton
Definisi konstanta gravitasi.
Sekarang mari kita cari tahu bagaimana Anda dapat menemukan konstanta gravitasi. Pertama-tama, perhatikan bahwa G memiliki nama tertentu. Ini disebabkan oleh fakta bahwa unit (dan, karenanya, nama-nama) dari semua kuantitas yang termasuk dalam hukum gravitasi universal telah ditetapkan sebelumnya. Hukum gravitasi memberikan hubungan baru antara besaran-besaran yang diketahui dengan nama-nama satuan tertentu. Itulah mengapa koefisien ternyata menjadi nilai bernama. Dengan menggunakan rumus hukum gravitasi universal, mudah untuk menemukan nama satuan konstanta gravitasi dalam SI: N m 2 / kg 2 \u003d m 3 / (kg s 2).
Untuk mengkuantifikasi G, perlu secara independen menentukan semua besaran yang termasuk dalam hukum gravitasi universal: baik massa, gaya, dan jarak antar benda.
Kesulitannya terletak pada kenyataan bahwa gaya gravitasi antara benda-benda bermassa kecil sangat kecil. Karena alasan inilah kita tidak memperhatikan daya tarik tubuh kita terhadap benda-benda di sekitarnya dan daya tarik timbal balik benda-benda satu sama lain, meskipun gaya gravitasi adalah yang paling universal dari semua gaya di alam. Dua orang dengan berat 60 kg pada jarak 1 m dari satu sama lain ditarik dengan gaya hanya sekitar 10 -9 N. Oleh karena itu, untuk mengukur konstanta gravitasi, diperlukan eksperimen yang agak halus.
Konstanta gravitasi pertama kali diukur oleh fisikawan Inggris G. Cavendish pada tahun 1798 menggunakan alat yang disebut keseimbangan torsi. Skema keseimbangan torsi ditunjukkan pada Gambar 3.3. Sebuah rocker ringan dengan dua bobot identik di ujungnya digantung pada seutas benang elastis tipis. Dua bola berat tidak bergerak dipasang di dekatnya. Gaya gravitasi bekerja antara beban dan bola yang tidak bergerak. Di bawah pengaruh gaya-gaya ini, rocker memutar dan memelintir benang sampai gaya elastis yang dihasilkan menjadi sama dengan gaya gravitasi. Sudut puntiran dapat digunakan untuk menentukan gaya tarik-menarik. Untuk melakukan ini, Anda hanya perlu mengetahui sifat elastis benang. Massa benda diketahui, dan jarak antara pusat benda yang berinteraksi dapat diukur secara langsung.
Dari percobaan tersebut diperoleh nilai konstanta gravitasi sebagai berikut:
G \u003d 6,67 10 -11 N m 2 / kg 2.
Hanya dalam kasus ketika benda dengan massa yang sangat besar berinteraksi (atau setidaknya massa salah satu benda sangat besar), gaya gravitasi mencapai nilai yang besar. Misalnya, Bumi dan Bulan tertarik satu sama lain dengan gaya F 2 10 20 N.
Ketergantungan percepatan jatuh bebas benda pada garis lintang geografis.
Salah satu penyebab bertambahnya percepatan gravitasi saat memindahkan titik tempat benda berada dari ekuator ke kutub adalah karena globe agak pipih di kutub dan jarak dari pusat bumi ke permukaan di kutub lebih kecil daripada di ekuator. Alasan lainnya adalah rotasi Bumi.
Persamaan massa inersia dan gravitasi.
Sifat yang paling mencolok dari gaya gravitasi adalah bahwa mereka memberikan percepatan yang sama untuk semua benda, terlepas dari massa mereka. Apa yang akan Anda katakan tentang seorang pemain sepak bola yang tendangannya akan sama-sama mempercepat bola kulit biasa dan bobot dua pon? Semua orang akan mengatakan bahwa itu tidak mungkin. Tapi Bumi hanyalah “pemain sepak bola yang luar biasa”, dengan satu-satunya perbedaan bahwa efeknya pada tubuh tidak memiliki karakter dampak jangka pendek, tetapi terus berlanjut selama miliaran tahun.
Dalam teori Newton, massa adalah sumber medan gravitasi. Kita berada di medan gravitasi bumi. Pada saat yang sama, kita juga merupakan sumber medan gravitasi, tetapi karena fakta bahwa massa kita jauh lebih kecil daripada massa Bumi, medan kita jauh lebih lemah dan benda-benda di sekitarnya tidak bereaksi terhadapnya.
Sifat gaya gravitasi yang tidak biasa, seperti yang telah kita katakan, dijelaskan oleh fakta bahwa gaya-gaya ini sebanding dengan massa kedua benda yang berinteraksi. Massa benda, yang termasuk dalam hukum kedua Newton, menentukan sifat inersia benda, yaitu kemampuannya untuk memperoleh percepatan tertentu di bawah aksi gaya yang diberikan. Ini massa inersia m dan.
Tampaknya, apa hubungannya dengan kemampuan tubuh untuk menarik satu sama lain? Massa yang menentukan kemampuan benda untuk saling tarik menarik adalah massa gravitasi m r .
Mekanika Newton sama sekali tidak mengikuti bahwa massa inersia dan gravitasi adalah sama, yaitu bahwa
m dan = m r . (3.5)
Kesetaraan (3.5) adalah konsekuensi langsung dari pengalaman. Ini berarti bahwa seseorang dapat dengan mudah berbicara tentang massa suatu benda sebagai ukuran kuantitatif dari sifat inersia dan gravitasinya.
Gravitasi adalah jumlah benda yang tertarik ke bumi di bawah pengaruh gaya tariknya. Indikator ini secara langsung tergantung pada berat seseorang atau massa suatu benda. Semakin berat, semakin tinggi. Pada artikel ini, kami akan menjelaskan cara menemukan gaya gravitasi.
Dari kursus fisika sekolah: gaya gravitasi berbanding lurus dengan berat badan. Anda dapat menghitung nilainya menggunakan rumus F \u003d m * g, di mana g adalah koefisien yang sama dengan 9,8 m / s 2. Dengan demikian, untuk seseorang dengan berat 100 kg, gaya tarik-menarik adalah 980. Perlu dicatat bahwa dalam praktiknya semuanya sedikit berbeda, dan banyak faktor yang mempengaruhi gravitasi.Faktor yang mempengaruhi gravitasi:
- jarak dari tanah;
- lokasi geografis tubuh;
- Waktu.
Jika tubuh tidak diseret ke arah horizontal, maka ada baiknya memperhitungkan sudut di mana objek menyimpang dari cakrawala. Hasilnya, rumusnya akan terlihat seperti ini: F=m*g – Fthrust*sin. Gaya gravitasi diukur dalam newton. Untuk perhitungan, gunakan kecepatan yang diukur dalam m/s. Untuk melakukannya, bagi kecepatan dalam km/jam dengan 3,6.
Penting untuk mengetahui titik aplikasi dan arah setiap gaya. Penting untuk dapat menentukan dengan tepat gaya apa yang bekerja pada tubuh dan ke arah mana. Gaya dilambangkan sebagai , diukur dalam Newton. Untuk membedakan antara kekuatan, mereka ditunjuk sebagai berikut:
Di bawah ini adalah kekuatan utama yang bekerja di alam. Mustahil untuk menemukan kekuatan yang tidak ada saat memecahkan masalah!
Ada banyak kekuatan di alam. Di sini kami mempertimbangkan gaya-gaya yang dipertimbangkan dalam kursus fisika sekolah ketika mempelajari dinamika. Kekuatan lain juga disebutkan, yang akan dibahas di bagian lain.
Gravitasi
Setiap benda di planet ini dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Kekuatan yang digunakan Bumi untuk menarik setiap benda ditentukan oleh rumus
Titik aplikasi berada di pusat gravitasi tubuh. Gravitasi selalu mengarah vertikal ke bawah.
Gaya gesek
Mari berkenalan dengan gaya gesekan. Gaya ini muncul ketika benda bergerak dan dua permukaan bersentuhan. Gaya muncul sebagai akibat dari kenyataan bahwa permukaan, bila dilihat di bawah mikroskop, tidak sehalus kelihatannya. Gaya gesekan ditentukan oleh rumus:
Sebuah gaya diterapkan pada titik kontak antara dua permukaan. Diarahkan ke arah yang berlawanan dengan gerakan.
Mendukung kekuatan reaksi
Bayangkan sebuah benda yang sangat berat tergeletak di atas meja. Meja membungkuk di bawah berat benda. Tetapi menurut hukum ketiga Newton, meja bekerja pada benda dengan gaya yang sama persis dengan benda di atas meja. Gaya diarahkan berlawanan dengan gaya yang ditekan benda di atas meja. Itu terserah. Gaya ini disebut reaksi tumpuan. Nama kekuatan "berbicara" bereaksi mendukung. Kekuatan ini muncul setiap kali ada dampak pada dukungan. Sifat kemunculannya pada tingkat molekuler. Objek, seolah-olah, mengubah posisi dan koneksi molekul yang biasa (di dalam tabel), mereka, pada gilirannya, cenderung kembali ke keadaan semula, "menolak".
Benar-benar benda apa pun, bahkan yang sangat ringan (misalnya, pensil yang tergeletak di atas meja), merusak penyangga di tingkat mikro. Oleh karena itu, reaksi dukungan terjadi.
Tidak ada rumus khusus untuk menemukan gaya ini. Mereka menamakannya dengan huruf, tetapi gaya ini hanyalah jenis gaya elastis yang terpisah, sehingga dapat juga dilambangkan sebagai
Gaya diterapkan pada titik kontak benda dengan tumpuan. Diarahkan tegak lurus terhadap penyangga.
Karena tubuh direpresentasikan sebagai titik material, gaya dapat digambarkan dari pusat
kekuatan elastis
Gaya ini muncul sebagai akibat dari deformasi (perubahan keadaan awal materi). Misalnya, ketika kita meregangkan pegas, kita menambah jarak antara molekul bahan pegas. Saat kita menekan pegas, kita menguranginya. Saat kita memutar atau menggeser. Dalam semua contoh ini, muncul gaya yang mencegah deformasi - gaya elastis.
hukum Hooke
Gaya elastis diarahkan berlawanan dengan deformasi.
Karena tubuh direpresentasikan sebagai titik material, gaya dapat digambarkan dari pusat
Ketika dihubungkan secara seri, misalnya pegas, kekakuan dihitung dengan rumus
Ketika dihubungkan secara paralel, kekakuan
Kekakuan sampel. Modulus Young.
Modulus Young mencirikan sifat elastis suatu zat. Ini adalah nilai konstan yang hanya bergantung pada material, keadaan fisiknya. Mencirikan kemampuan material untuk menahan deformasi tarik atau tekan. Nilai modulus Young adalah tabel.
Pelajari lebih lanjut tentang sifat-sifat benda padat.
Berat badan
Berat badan adalah gaya yang digunakan suatu benda untuk bekerja pada suatu tumpuan. Anda mengatakan itu gravitasi! Kebingungan terjadi sebagai berikut: memang, seringkali berat badan sama dengan gaya gravitasi, tetapi gaya-gaya ini sama sekali berbeda. Gravitasi adalah gaya yang dihasilkan dari interaksi dengan Bumi. Bobot adalah hasil interaksi dengan penyangga. Gaya gravitasi diterapkan pada pusat gravitasi benda, sedangkan berat adalah gaya yang diterapkan pada penyangga (bukan pada benda)!
Tidak ada rumus untuk menentukan berat badan. Gaya ini dilambangkan dengan huruf.
Gaya reaksi tumpuan atau gaya elastik timbul sebagai respons terhadap benturan suatu benda pada suspensi atau tumpuan, oleh karena itu berat badan selalu secara numerik sama dengan gaya elastik, tetapi arahnya berlawanan.
Gaya reaksi dari tumpuan dan beban adalah gaya-gaya yang sifatnya sama, menurut hukum III Newton besarnya sama dan arahnya berlawanan. Berat adalah gaya yang bekerja pada penyangga, bukan pada benda. Gaya gravitasi bekerja pada tubuh.
Berat badan mungkin tidak sama dengan gravitasi. Bisa lebih atau kurang, atau bisa jadi bobotnya nol. Keadaan ini disebut tanpa bobot. Bobot adalah keadaan ketika suatu benda tidak berinteraksi dengan penyangga, misalnya, keadaan terbang: ada gravitasi, tetapi beratnya nol!
Dimungkinkan untuk menentukan arah percepatan jika Anda menentukan di mana gaya resultan diarahkan
Perhatikan bahwa berat adalah gaya, diukur dalam Newton. Bagaimana cara menjawab pertanyaan dengan benar: "Berapa berat badan Anda"? Kami menjawab 50 kg, tidak menyebutkan berat, tetapi massa kami! Dalam contoh ini, berat kita sama dengan gravitasi, yaitu kira-kira 500N!
Kelebihan muatan- rasio berat terhadap gravitasi
Kekuatan Archimedes
Gaya timbul sebagai akibat interaksi suatu benda dengan zat cair (gas), ketika benda itu dibenamkan dalam zat cair (atau gas). Gaya ini mendorong tubuh keluar dari air (gas). Oleh karena itu, diarahkan secara vertikal ke atas (mendorong). Ditentukan dengan rumus:
Di udara, kita mengabaikan kekuatan Archimedes.
Jika gaya Archimedes sama dengan gaya gravitasi, maka benda tersebut mengapung. Jika gaya Archimedes lebih besar, maka ia naik ke permukaan cairan, jika lebih kecil, ia tenggelam.
kekuatan listrik
Ada kekuatan asal listrik. Terjadi dengan adanya muatan listrik. Gaya-gaya ini, seperti gaya Coulomb, gaya Ampere, gaya Lorentz, dibahas secara rinci di bagian Listrik.
Penunjukan skema gaya yang bekerja pada tubuh
Seringkali tubuh dimodelkan oleh titik material. Oleh karena itu, dalam diagram, berbagai titik aplikasi dipindahkan ke satu titik - ke tengah, dan tubuh secara skema digambarkan sebagai lingkaran atau persegi panjang.
Untuk menentukan gaya dengan benar, perlu untuk membuat daftar semua benda yang berinteraksi dengan benda yang diteliti. Tentukan apa yang terjadi sebagai hasil interaksi dengan masing-masing: gesekan, deformasi, tarik-menarik, atau mungkin tolakan. Tentukan jenis gaya, tunjukkan arahnya dengan benar. Perhatian! Jumlah gaya akan bertepatan dengan jumlah benda yang berinteraksi dengannya.
Hal utama yang harus diingat
1) Kekuatan dan sifatnya;
2) Arah kekuatan;
3) Mampu mengidentifikasi gaya-gaya yang bekerja
Bedakan antara gesekan eksternal (kering) dan internal (kental). Gesekan eksternal terjadi antara permukaan padat yang bersentuhan, gesekan internal terjadi antara lapisan cairan atau gas selama gerakan relatifnya. Ada tiga jenis gesekan eksternal: gesekan statis, gesekan geser, dan gesekan bergulir.
Gesekan menggelinding ditentukan oleh rumus
Gaya resistensi muncul ketika tubuh bergerak dalam cairan atau gas. Besarnya gaya tahanan tergantung pada ukuran dan bentuk benda, kecepatan gerakannya dan sifat-sifat zat cair atau gas. Pada kecepatan rendah, gaya hambatan sebanding dengan kecepatan tubuh
Pada kecepatan tinggi sebanding dengan kuadrat kecepatan
Pertimbangkan daya tarik timbal balik dari suatu objek dan Bumi. Di antara mereka, menurut hukum gravitasi, sebuah gaya muncul 
Sekarang mari kita bandingkan hukum gravitasi dan gaya gravitasi 
Nilai percepatan jatuh bebas tergantung pada massa Bumi dan jari-jarinya! Jadi, adalah mungkin untuk menghitung dengan percepatan apa benda-benda di Bulan atau di planet lain akan jatuh, menggunakan massa dan jari-jari planet itu.
Jarak dari pusat bumi ke kutub lebih kecil daripada ke khatulistiwa. Oleh karena itu, percepatan jatuh bebas di ekuator sedikit lebih kecil daripada di kutub. Pada saat yang sama, perlu dicatat bahwa alasan utama ketergantungan percepatan jatuh bebas pada garis lintang daerah tersebut adalah kenyataan bahwa Bumi berputar di sekitar porosnya.
Ketika bergerak menjauh dari permukaan bumi, gaya gravitasi dan percepatan jatuh bebas berubah berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke pusat bumi.
Gravitasi- ini adalah gaya yang bekerja pada tubuh dari sisi Bumi dan memberi tahu tubuh tentang percepatan jatuh bebas:
\(~\vec F_T = m \vec g.\)
Setiap benda yang terletak di Bumi (atau di dekatnya), bersama dengan Bumi, berputar di sekitar porosnya, yaitu, benda itu bergerak dalam lingkaran dengan jari-jari r dengan kecepatan modulo konstan (Gbr. 1).
Sebuah benda di permukaan bumi dipengaruhi oleh gaya gravitasi \(~\vec F\) dan gaya dari permukaan bumi \(~\vec N_p\).
Resultan mereka
\(~\vec F_1 = \vec F + \vec N_p \qquad (1)\)
memberikan percepatan sentripetal ke tubuh
\(~a_c = \frac(\upsilon^2)(r).\)
Mari kita uraikan gaya gravitasi \(~\vec F\) menjadi dua komponen, salah satunya adalah \(~\vec F_1\), yaitu.
\(~\vec F = \vec F_1 + \vec F_T. \qquad (2)\)
Dari persamaan (1) dan (2) kita melihat bahwa
\(~\vec F_T = - \vec N_p.\)
Jadi, gaya gravitasi \(~\vec F_T\) adalah salah satu komponen dari gaya gravitasi \(~\vec F\). Komponen kedua \(~\vec F_1\) memberitahu percepatan sentripetal tubuh.
Pada intinya Μ pada garis lintang geografis φ gravitasi tidak diarahkan sepanjang jari-jari Bumi, tetapi pada beberapa sudut α untuk dia. Gaya gravitasi diarahkan sepanjang apa yang disebut garis tipis (vertikal ke bawah).
Gaya gravitasi sama besar dan arahnya dengan gaya gravitasi hanya di kutub. Di khatulistiwa, mereka bertepatan dalam arah, dan perbedaan mutlak paling besar.
\(~F_T = F - F_1 = F - m \omega^2 R,\)
di mana ω adalah kecepatan sudut rotasi bumi, R adalah jari-jari bumi.
\(~\omega = \frac(2 \pi)(T) = \frac(2 \cdot 2.34)(24 \cdot 3600)\) rad/s = 0,727 10 -4 rad/s.
Sebagai ω sangat kecil, maka F untuk F. Akibatnya, gaya gravitasi berbeda sedikit dalam modulus dari gaya gravitasi, sehingga perbedaan ini sering dapat diabaikan.
Kemudian F untuk F, \(~mg = \frac(GMm)((h + R)^2) \Panah kanan g = \frac(GM)((h + R)^2)\) .
Rumus ini menunjukkan bahwa percepatan jatuh bebas g tidak tergantung pada massa benda yang jatuh, tetapi tergantung pada ketinggian.
literatur
Aksenovich L. A. Fisika di sekolah menengah: Teori. Tugas. Tes: Prok. tunjangan untuk lembaga yang menyediakan umum. lingkungan, pendidikan / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 39-40.
Definisi 1
Gaya gravitasi dianggap diterapkan pada pusat gravitasi tubuh, ditentukan dengan menggantung tubuh dari seutas benang di berbagai titiknya. Dalam hal ini, titik perpotongan semua arah yang ditandai dengan benang akan dianggap sebagai pusat gravitasi tubuh.
Konsep gravitasi
Gravitasi dalam fisika adalah gaya yang bekerja pada setiap benda fisik yang berada di dekat permukaan bumi atau benda astronomi lainnya. Gaya gravitasi di permukaan planet, menurut definisi, akan menjadi jumlah gaya tarik gravitasi planet, serta gaya sentrifugal inersia, yang dipicu oleh rotasi harian planet.
Kekuatan lain (misalnya, daya tarik Matahari dan Bulan), karena kecilnya, tidak diperhitungkan atau dipelajari secara terpisah dalam format perubahan temporal dalam medan gravitasi bumi. Gravitasi memberikan percepatan yang sama untuk semua benda, terlepas dari massanya, sambil mewakili gaya konservatif. Itu dihitung berdasarkan rumus:
$\vec(P) = m\vec(g)$,
di mana $\vec(g)$ adalah percepatan yang diberikan ke tubuh oleh gravitasi, dilambangkan sebagai percepatan jatuh bebas.
Selain gravitasi, benda yang bergerak relatif terhadap permukaan bumi juga dipengaruhi secara langsung oleh gaya Coriolis, yaitu gaya yang digunakan dalam mempelajari gerakan suatu titik material terhadap kerangka acuan yang berputar. Memasang gaya Coriolis ke gaya fisik yang bekerja pada titik material akan memungkinkan kita untuk memperhitungkan efek rotasi kerangka acuan pada gerakan semacam itu.
Rumus penting untuk perhitungan
Menurut hukum gravitasi universal, gaya tarik-menarik gravitasi yang bekerja pada suatu titik material dengan massanya $m$ pada permukaan benda simetris bola astronomis dengan massa $M$ akan ditentukan oleh hubungan:
$F=(G)\frac(Mm)(R^2)$, di mana:
- $G$ adalah konstanta gravitasi,
- $R$ - radius tubuh.
Hubungan ini ternyata valid jika kita mengasumsikan distribusi massa simetris bola di atas volume benda. Kemudian gaya tarik gravitasi diarahkan langsung ke pusat tubuh.
Modulus gaya sentrifugal inersia $Q$ yang bekerja pada partikel material dinyatakan dengan rumus:
$Q = maw^2$ dimana:
- $a$ adalah jarak antara partikel dan sumbu rotasi benda astronomi yang sedang dipertimbangkan,
- $w$ adalah kecepatan sudut rotasinya. Dalam hal ini, gaya sentrifugal inersia menjadi tegak lurus terhadap sumbu rotasi dan diarahkan menjauhinya.
Dalam format vektor, ekspresi gaya sentrifugal inersia ditulis sebagai berikut:
$\vec(Q) = (mw^2\vec(R_0))$, dimana:
$\vec (R_0)$ adalah vektor yang tegak lurus terhadap sumbu rotasi, yang ditarik darinya ke titik material tertentu yang terletak di dekat permukaan bumi.
Dalam hal ini, gaya gravitasi $\vec (P)$ akan setara dengan jumlah $\vec (F)$ dan $\vec (Q)$:
$\vec(P) = \vec(F) = \vec(Q)$
hukum tarik-menarik
Tanpa kehadiran gravitasi, asal muasal banyak hal yang sekarang tampak alami bagi kita tidak akan mungkin: dengan demikian, tidak akan ada longsoran salju yang turun dari pegunungan, tidak ada sungai, tidak ada hujan. Atmosfer bumi hanya dapat dipertahankan oleh gaya gravitasi. Planet-planet dengan massa yang lebih kecil, seperti Bulan atau Merkurius, kehilangan seluruh atmosfernya dengan kecepatan yang agak cepat dan menjadi tidak berdaya melawan radiasi kosmik yang agresif.
Atmosfer Bumi memainkan peran yang menentukan dalam proses pembentukan kehidupan di Bumi, nya. Selain gravitasi, Bumi juga dipengaruhi oleh gravitasi bulan. Karena kedekatannya (dalam skala kosmik), keberadaan pasang surut dimungkinkan di Bumi, dan banyak ritme biologis bertepatan dengan kalender lunar. Gravitasi, oleh karena itu, harus dilihat dari segi hukum alam yang berguna dan penting.
Catatan 2
Hukum tarik-menarik dianggap universal dan dapat diterapkan pada dua benda apa pun yang memiliki massa tertentu.
Dalam situasi di mana massa satu benda yang berinteraksi ternyata jauh lebih besar daripada massa benda kedua, orang berbicara tentang kasus khusus gaya gravitasi, yang memiliki istilah khusus, seperti "gravitasi". Ini berlaku untuk tugas-tugas yang berfokus pada penentuan gaya tarik-menarik di Bumi atau benda langit lainnya. Saat memasukkan nilai gravitasi ke dalam rumus hukum kedua Newton, kita mendapatkan:
Di sini $a$ adalah percepatan gravitasi, memaksa tubuh untuk cenderung satu sama lain. Dalam masalah yang melibatkan penggunaan percepatan jatuh bebas, percepatan ini dilambangkan dengan huruf $g$. Dengan bantuan kalkulus integralnya sendiri, Newton secara matematis berhasil membuktikan konsentrasi konstan gravitasi di pusat benda yang lebih besar.
