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 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.

Pada paragraf ini, kami akan mengingatkan Anda tentang gravitasi, percepatan sentripetal, dan berat badan.

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 yang membuat suatu benda ditarik ke bumi oleh medan gravitasi bumi disebut gravitasi. Menurut hukum gravitasi universal, di permukaan bumi (atau di dekat permukaan ini), sebuah benda bermassa m dipengaruhi oleh gaya gravitasi.

F t \u003d GMm / R 2

di mana M adalah massa Bumi; R adalah jari-jari bumi.
Jika hanya gravitasi yang bekerja pada tubuh, dan semua gaya lainnya saling seimbang, tubuh jatuh bebas. Menurut hukum kedua Newton dan rumus F t \u003d GMm / R 2 modulus percepatan jatuh bebas g ditemukan dengan rumus

g=F t /m=GM/R 2 .

Dari rumus (2.29) berikut bahwa percepatan jatuh bebas tidak bergantung pada massa m benda jatuh, yaitu. untuk semua benda di tempat tertentu di Bumi itu adalah sama. Dari rumus (2.29) diperoleh bahwa Fт = mg. Dalam bentuk vektor

F t \u003d mg

Dalam 5 dicatat bahwa karena Bumi bukan bola, tetapi elipsoid revolusi, jari-jari kutubnya kurang dari khatulistiwa. Dari rumus F t \u003d GMm / R 2 dapat dilihat bahwa karena alasan ini gaya gravitasi dan percepatan jatuh bebas yang disebabkannya lebih besar di kutub daripada di khatulistiwa.

Gaya gravitasi bekerja pada semua benda di medan gravitasi bumi, tetapi tidak semua benda jatuh ke bumi. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pergerakan banyak benda terhalang oleh benda lain, seperti penyangga, benang suspensi, dll. Benda yang membatasi pergerakan benda lain disebut koneksi. Di bawah aksi gravitasi, ikatan terdeformasi dan gaya reaksi dari ikatan terdeformasi, menurut hukum ketiga Newton, menyeimbangkan gaya gravitasi.

Percepatan jatuh bebas dipengaruhi oleh rotasi bumi. Pengaruh tersebut dijelaskan sebagai berikut. Kerangka acuan yang terkait dengan permukaan Bumi (kecuali untuk dua yang terkait dengan kutub Bumi) sebenarnya bukan kerangka acuan inersia - Bumi berputar di sekitar porosnya, dan kerangka acuan semacam itu bergerak sepanjang lingkaran dengan percepatan sentripetal bersamanya. Sistem referensi non-inersia ini dimanifestasikan, khususnya, dalam kenyataan bahwa nilai percepatan jatuh bebas ternyata berbeda di berbagai tempat di Bumi dan tergantung pada garis lintang geografis tempat kerangka referensi terkait. dengan Bumi berada, relatif terhadap mana percepatan gravitasi ditentukan.

Pengukuran yang dilakukan pada garis lintang yang berbeda menunjukkan bahwa nilai numerik percepatan gravitasi sedikit berbeda satu sama lain. Oleh karena itu, dengan perhitungan yang tidak terlalu akurat, seseorang dapat mengabaikan sistem referensi non-inersia yang terkait dengan permukaan bumi, serta perbedaan bentuk Bumi dari yang bulat, dan menganggap bahwa percepatan jatuh bebas di sembarang tempat di bumi adalah sama dan sama dengan 9,8 m/s 2.

Dari hukum gravitasi universal berikut bahwa gaya gravitasi dan percepatan jatuh bebas yang disebabkan olehnya berkurang dengan meningkatnya jarak dari Bumi. Pada ketinggian h dari permukaan bumi, modulus percepatan gravitasi ditentukan oleh rumus

g=GM/(R+h) 2.

Telah ditetapkan bahwa pada ketinggian 300 km di atas permukaan bumi, percepatan jatuh bebas lebih kecil daripada di permukaan bumi sebesar 1 m/s2.
Akibatnya, di dekat Bumi (hingga ketinggian beberapa kilometer), gaya gravitasi praktis tidak berubah, dan oleh karena itu jatuh bebas benda-benda di dekat Bumi adalah gerakan yang dipercepat secara seragam.

Berat badan. Tanpa bobot dan kelebihan beban

Gaya di mana, karena tarikan ke Bumi, tubuh bekerja pada penyangga atau penangguhannya, disebut berat badan. Tidak seperti gravitasi, yang merupakan gaya gravitasi yang diterapkan pada benda, berat adalah gaya elastis yang diterapkan pada penyangga atau suspensi (yaitu, pada sambungan).

Pengamatan menunjukkan bahwa berat benda P, yang ditentukan pada neraca pegas, sama dengan gaya gravitasi F t yang bekerja pada benda hanya jika keseimbangan dengan benda relatif terhadap Bumi dalam keadaan diam atau bergerak secara beraturan dan lurus; Pada kasus ini

P \u003d F t \u003d mg.

Jika benda bergerak dengan percepatan, maka beratnya tergantung pada nilai percepatan ini dan pada arahnya relatif terhadap arah percepatan jatuh bebas.

Ketika sebuah benda ditangguhkan pada keseimbangan pegas, dua gaya bekerja padanya: gaya gravitasi F t \u003d mg dan gaya elastis F yp pegas. Jika pada saat yang sama benda bergerak vertikal ke atas atau ke bawah relatif terhadap arah percepatan jatuh bebas, maka jumlah vektor gaya F t dan F yn memberikan resultan, yang menyebabkan percepatan benda, yaitu.

Paket F t + F \u003d ma.

Menurut definisi konsep "berat" di atas, kita dapat menulis bahwa P=-F yp. Dari rumus: Paket F t + F \u003d ma. dengan mempertimbangkan fakta bahwa F t =mg, maka mg-ma=-F yp . Oleh karena itu, P \u003d m (g-a).

Gaya F t dan F yn diarahkan sepanjang satu garis lurus vertikal. Oleh karena itu, jika percepatan benda a diarahkan ke bawah (yaitu, bertepatan dalam arah dengan percepatan jatuh bebas g), maka modulo

P=m(g-a)

Jika percepatan benda diarahkan ke atas (yaitu, berlawanan dengan arah percepatan jatuh bebas), maka

P \u003d m \u003d m (g + a).

Akibatnya, berat benda yang percepatannya bertepatan dengan arah percepatan jatuh bebas kurang dari berat benda yang diam, dan berat benda yang percepatannya berlawanan dengan arah percepatan jatuh bebas lebih besar dari berat tubuh saat istirahat. Pertambahan berat badan yang disebabkan oleh geraknya yang dipercepat disebut kelebihan muatan.

Pada jatuh bebas a=g. Dari rumus: P=m(g-a)

maka dalam hal ini P=0, yaitu, tidak ada bobot. Oleh karena itu, jika benda bergerak hanya di bawah pengaruh gravitasi (yaitu, jatuh bebas), mereka berada dalam keadaan tanpa bobot. Ciri khas dari keadaan ini adalah tidak adanya deformasi dan tekanan internal pada benda yang jatuh bebas, yang disebabkan oleh gravitasi pada benda yang diam. Alasan untuk benda tanpa bobot adalah karena gaya gravitasi memberikan percepatan yang sama pada benda yang jatuh bebas dan penyangganya (atau suspensi).

Jenis gaya gravitasi universal yang pribadi, tetapi sangat penting bagi kami adalah gaya tarik benda-benda ke bumi. Kekuatan ini disebut gravitasi . Menurut hukum gravitasi universal, itu dinyatakan dengan rumus

\(~F_T = G \frac(mM)((R+h)^2)\) , (1)

di mana m- massa tubuh, M adalah massa bumi, R adalah jari-jari bumi, h adalah ketinggian tubuh di atas permukaan bumi. Gaya gravitasi diarahkan secara vertikal ke bawah menuju pusat bumi.

• Lebih tepatnya, selain gaya ini, dalam kerangka acuan yang terkait dengan Bumi, benda dipengaruhi oleh gaya sentrifugal inersia \(~\vec F_c\) , yang muncul karena rotasi harian Bumi, dan sama dengan \(~F_c = m \cdot \ omega^2 \cdot r\) , di mana m- massa tubuh; r adalah jarak antara tubuh dan sumbu bumi. Jika tinggi benda di atas permukaan bumi kecil dibandingkan dengan jari-jarinya, maka \(~r = R \cos \varphi\) , di mana R adalah jari-jari bumi, φ adalah garis lintang geografis di mana tubuh berada (Gbr. 1). Dengan mengingat hal itu, \(~F_c = m \cdot \omega^2 \cdot R \cos \varphi\) .

gravitasi disebut gaya yang bekerja pada setiap benda di dekat permukaan bumi.

Ini didefinisikan sebagai jumlah geometris dari gaya tarik gravitasi ke Bumi \(~\vec F_g\) yang bekerja pada tubuh dan gaya sentrifugal inersia \(~\vec F_c\) , yang memperhitungkan efek dari rotasi harian Bumi di sekitar porosnya sendiri, mis. \(~\vec F_T = \vec F_g + \vec F_c\) . Arah gravitasi adalah arah vertikal pada suatu titik tertentu di permukaan bumi.

NAMUN besarnya gaya sentrifugal inersia sangat kecil dibandingkan dengan gaya tarik bumi (perbandingannya kira-kira 3∙10 -3), maka biasanya gaya \(~\vec F_c\) diabaikan. Kemudian \(~\vec F_T \approx \vec F_g\) .

Percepatan gravitasi

Gaya gravitasi memberikan percepatan pada tubuh, yang disebut percepatan jatuh bebas. Menurut hukum kedua Newton

\(~\vec g = \frac(\vec F_T)(m)\) .

Mempertimbangkan ekspresi akun (1), untuk modul akselerasi jatuh bebas kita akan memiliki

\(~g_h = G \frac(M)((R+h)^2)\) . (2)

Di permukaan bumi (h = 0), modulus percepatan jatuh bebas adalah

\(~g = G \frac(M)(R^2)\) ,

dan gaya gravitasi adalah

\(~\vec F_T = m \vec g\) .

Modulus percepatan gravitasi yang termasuk dalam rumus adalah sekitar 9,8 m/s 2 .

Dari rumus (2) dapat dilihat bahwa percepatan jatuh bebas tidak bergantung pada massa benda. Ini berkurang saat tubuh naik di atas permukaan bumi: percepatan jatuh bebas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak benda dari pusat bumi.

Namun, jika tinggi h benda di atas permukaan bumi tidak melebihi 100 km, maka dalam perhitungan yang memungkinkan kesalahan 1,5%, ketinggian ini dapat diabaikan dibandingkan dengan jari-jari bumi (R = 6370 km). Percepatan jatuh bebas pada ketinggian hingga 100 km dapat dianggap konstan dan sama dengan 9,8 m/s 2 .

Tetapi tetap saja Di permukaan bumi, percepatan jatuh bebas tidak sama di semua tempat. Itu tergantung pada garis lintang geografis: lebih banyak di kutub Bumi daripada di khatulistiwa. Faktanya adalah bahwa dunia agak rata di kutub. Jari-jari khatulistiwa Bumi lebih besar dari jari-jari kutub sebesar 21 km.

Alasan lain yang lebih signifikan untuk ketergantungan percepatan jatuh bebas pada garis lintang geografis adalah rotasi Bumi. Hukum kedua Newton berlaku dalam kerangka acuan inersia. Sistem seperti itu, misalnya, sistem heliosentris. Kerangka acuan yang terkait dengan Bumi, secara tegas, tidak dapat dianggap inersia. Bumi berputar pada porosnya dan bergerak dalam orbit tertutup mengelilingi matahari.

Rotasi Bumi dan oblatenya di kutub mengarah pada fakta bahwa percepatan jatuh bebas relatif terhadap sistem referensi geosentris berbeda pada garis lintang yang berbeda: di kutub g lantai 9,83 m / s 2, di ekuator g eq 9,78 m / s 2, pada garis lintang 45 ° g 9,81 m / dtk 2. Namun, dalam perhitungan kami, kami akan menganggap percepatan jatuh bebas kira-kira sama dengan 9,8 m/s 2 .

Karena rotasi bumi pada porosnya, percepatan gravitasi di semua tempat kecuali khatulistiwa dan kutub tidak diarahkan tepat ke pusat bumi.

Selain itu, percepatan jatuh bebas tergantung pada kepadatan batuan yang terjadi di perut bumi. Di daerah di mana batuan terbentuk, kepadatannya lebih besar dari kepadatan rata-rata Bumi (misalnya, bijih besi), g lagi. Dan di mana ada deposit minyak, g lebih kecil. Ini digunakan oleh ahli geologi dalam mencari mineral.

Berat badan

Berat badan- ini adalah kekuatan yang dengannya tubuh, karena daya tariknya ke Bumi, bertindak pada penyangga atau penangguhan.

Pertimbangkan, misalnya, sebuah benda yang digantung pada pegas, ujung lainnya dipasang (Gbr. 2). Gaya gravitasi \(~\vec F_T = m \vec g\) yang bekerja ke bawah bekerja pada benda. Oleh karena itu mulai jatuh, menyeret ujung bawah pegas bersamanya. Pegas akan berubah bentuk karena hal ini, dan gaya elastis \(~\vec F_(ynp)\) pegas akan muncul. Itu melekat pada tepi atas tubuh dan diarahkan ke atas. Tepi atas tubuh karena itu akan "tertinggal" dalam kejatuhannya dari bagian lain, di mana gaya pegas tidak diterapkan. Akibatnya, tubuh menjadi cacat. Ada kekuatan elastisitas lain - kekuatan elastisitas tubuh yang cacat. Itu melekat pada pegas dan diarahkan ke bawah. Kekuatan ini adalah berat badan.

Menurut hukum ketiga Newton, kedua gaya elastis ini sama dalam nilai absolut dan diarahkan ke arah yang berlawanan. Setelah beberapa osilasi, tubuh pada pegas diam. Ini berarti bahwa gaya gravitasi \(~m \vec g\) sama dalam modulus dengan gaya elastisitas F kontrol musim semi. Tetapi kekuatan yang sama sama dengan berat tubuh.

Jadi, dalam contoh kita, berat benda, yang akan kita nyatakan dengan huruf \(~\vec P\) , adalah modulo sama dengan gaya gravitasi:

\(~P = m g\) .

Contoh kedua. Biarkan tubuh TETAPI berada pada penyangga horizontal PADA(Gbr. 3). Di tubuh TETAPI gaya gravitasi \(~m \vec g\) dan gaya reaksi penyangga \(~\vec N\) bekerja. Tetapi jika tumpuan bekerja pada benda dengan gaya \(~\vec N\) maka benda juga bekerja pada tumpuan dengan gaya \(~\vec P\) , yang sesuai dengan hukum ketiga Newton, adalah sama dalam nilai mutlak dan berlawanan arah \(~ \vec N\) \[~\vec P = -\vec N\] . Gaya \(~\vec P\) adalah berat benda.

Jika benda dan penyangganya diam atau bergerak lurus dan beraturan, yaitu tanpa percepatan, maka, menurut hukum kedua Newton,

\(~\vec N + m \vec g = 0\) .

\(~\vec N = -\vec P\) , lalu \(~-\vec P + m \vec g = 0\) .

Karena itu,

\(~\vec P = m \vec g\) .

Cara, jika percepatan a = 0, maka berat benda sama dengan gaya gravitasi.

Tetapi ini tidak berarti bahwa berat suatu benda dan gaya gravitasi yang diterapkan padanya adalah satu dan sama. Gaya gravitasi diterapkan pada tubuh, dan berat diterapkan pada penyangga atau suspensi. Sifat gravitasi dan berat juga berbeda. Jika gravitasi adalah hasil interaksi tubuh dan Bumi (gaya gravitasi), maka berat muncul sebagai hasil dari interaksi yang sama sekali berbeda: interaksi tubuh TETAPI dan mendukung PADA. Mendukung PADA dan tubuh TETAPI pada saat yang sama, mereka berubah bentuk, yang mengarah pada munculnya kekuatan elastis. Dengan demikian, berat badan(serta gaya reaksi pendukung) adalah jenis khusus dari gaya elastis.

Berat memiliki fitur yang secara signifikan membedakannya dari gravitasi.

Pertama, berat ditentukan oleh totalitas gaya yang bekerja pada benda, dan tidak hanya oleh gravitasi (misalnya, berat benda dalam cairan atau udara lebih kecil daripada dalam ruang hampa karena penampilan apung ( Archimedean) kekuatan). Kedua, berat badan sangat tergantung pada akselerasi yang dengannya penyangga (suspensi) bergerak.

Berat badan saat penyangga atau suspensi bergerak dengan akselerasi

Apakah mungkin untuk menambah atau mengurangi berat badan tanpa mengubah tubuh itu sendiri? Ternyata ya. Biarkan tubuh berada di kabin elevator bergerak dengan percepatan \(~\vec a\) (Gbr. 4 a, b).

Beras. 4

Menurut hukum kedua Newton

\(~\vec N + m \vec g = m \vec a\) , (3)

di mana N adalah gaya reaksi penyangga (lantai lift), m- massa tubuh.

Menurut hukum ketiga Newton, berat benda adalah \(~\vec P = -\vec N\) . Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan (3), kami memperoleh

\(~\vec P = m (\vec g - \vec a)\) .

Mari kita arahkan sumbu koordinat kamu sistem referensi yang terkait dengan Bumi, vertikal ke bawah. Maka proyeksi berat badan pada sumbu ini akan sama dengan

\(~P_y = m (g_y - a_y)\) .

Karena vektor \(~\vec P\) dan \(~\vec g\) diarahkan bersama dengan sumbu koordinat kamu, kemudian R y= R dan g y= g. Jika percepatan \(~\vec a\) diarahkan ke bawah (lihat Gambar 4, a), maka sebuah y= sebuah, dan persamaan mengambil bentuk berikut:

\(~P = m (g - a)\) .

Ini mengikuti dari rumus bahwa hanya sebuah= 0 berat badan sama dengan gravitasi. Pada sebuah 0 berat badan berbeda dari gravitasi. Ketika lift bergerak dengan percepatan yang diarahkan ke bawah (misalnya, pada awal penurunan lift atau dalam proses menghentikannya ketika bergerak ke atas) dan dalam nilai absolut kurang dari percepatan jatuh bebas, berat badan lebih kecil dari gaya gravitasi. Oleh karena itu, dalam hal ini, berat badan lebih kecil dari berat badan yang sama jika berada di atas tumpuan yang diam atau bergerak seragam (suspensi). Untuk alasan yang sama, berat benda di ekuator lebih ringan daripada di kutub Bumi, karena karena rotasi harian Bumi, benda di ekuator bergerak dengan percepatan sentripetal.

Sekarang mari kita perhatikan apa yang terjadi jika benda bergerak dengan percepatan \(~\vec a\) diarahkan vertikal ke atas (lihat Gambar 4, b). Dalam hal ini, kita mendapatkan

\(~P = m (g + a)\) .

Berat suatu benda di dalam elevator yang bergerak dengan percepatan vertikal ke atas lebih besar dari berat benda yang diam. Peningkatan berat badan yang disebabkan oleh percepatan gerakan penyangga (atau suspensi) disebut kelebihan beban. Beban lebih dapat diperkirakan dengan mencari rasio berat tubuh yang bergerak cepat dengan berat tubuh saat istirahat:

\(~k = \frac(m (g + a))(m g) = 1 + \frac(a)(g)\) .

Orang yang terlatih mampu menahan beban sekitar enam kali lipat secara singkat. Artinya, percepatan pesawat ruang angkasa, menurut rumus yang diperoleh, tidak boleh melebihi lima kali nilai percepatan jatuh bebas.

tanpa bobot

Mari kita mengambil pegas dengan beban yang tergantung padanya, atau lebih tepatnya keseimbangan pegas. Pada skala timbangan pegas, Anda dapat membaca berat badan. Jika tangan yang memegang timbangan dalam keadaan diam relatif terhadap Bumi, timbangan akan menunjukkan bahwa modulus berat benda sama dengan gaya gravitasi mg. Mari kita lepaskan timbangan dari tangan kita, mereka, bersama dengan beban, akan mulai jatuh bebas. Dalam hal ini, panah timbangan diatur ke nol, menunjukkan bahwa berat badan telah menjadi sama dengan nol. Dan ini bisa dimengerti. Pada saat jatuh bebas, baik timbangan maupun beban bergerak dengan percepatan yang sama sebesar g. Ujung bawah pegas tidak terbawa oleh beban, tetapi mengikutinya, dan pegas tidak berubah bentuk. Oleh karena itu, tidak ada gaya elastis yang akan bekerja pada beban. Ini berarti bahwa beban tidak berubah bentuk dan tidak bekerja pada pegas. Beratnya hilang! Kargo dikatakan telah menjadi tanpa bobot.

Bobot dijelaskan oleh fakta bahwa gaya gravitasi universal, dan karenanya gaya gravitasi, memberi tahu semua benda (dalam kasus kami, beban dan pegas) percepatan yang sama g. Oleh karena itu, setiap tubuh yang terpengaruh oleh hanya gravitasi atau secara umum gaya gravitasi universal, berada dalam keadaan tanpa bobot. Dalam kondisi seperti itu, ada tubuh yang jatuh bebas, misalnya, tubuh di pesawat ruang angkasa. Bagaimanapun, baik pesawat ruang angkasa dan tubuh di dalamnya juga dalam keadaan jatuh bebas yang lama. Namun, masing-masing dari Anda berada dalam keadaan tanpa bobot, meskipun untuk waktu yang singkat, melompat dari kursi ke lantai atau melompat.

Hal yang sama dapat dibuktikan secara matematis. Ketika sebuah benda jatuh bebas, \(~\vec a = \vec g\) dan \(~P = m (g - g) = 0\) .

literatur

1. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisika: Prok. untuk 9 sel. rata-rata sekolah - M.: Pro-sveshchenie, 1992. - 191 hal.
2. Lutsevich A.A., Yakovenko S.V. Fisika: Prok. uang saku. – Mn.: Vysh. sekolah, 2000. - 495 hal.
3. Fisika: Mekanika. Kelas 10: Prok. untuk studi mendalam fisika / M.M. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky dan lainnya; Ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Bustard, 2002. – 496 hal.

Definisi 1

Gaya gravitasi dianggap sebagai aplikasi ke pusat gravitasi tubuh, ditentukan dengan menggantung tubuh dari seutas benang di berbagai titiknya. Dalam hal ini, titik persimpangan 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 dari tarikan gravitasi planet, serta gaya inersia sentrifugal, 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. Penambahan gaya Coriolis ke gaya fisik yang bekerja pada titik material akan memungkinkan untuk memperhitungkan efek rotasi kerangka acuan pada gerakan semacam itu.

Rumus penting untuk perhitungan

Menurut hukum gravitasi universal, gaya tarik 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 $g$. Menggunakan kalkulus integralnya sendiri, Newton secara matematis berhasil membuktikan konsentrasi konstan gravitasi di pusat benda yang lebih besar.

Benar-benar semua benda di Semesta dipengaruhi oleh kekuatan magis yang entah bagaimana menarik mereka ke Bumi (lebih tepatnya, ke intinya). Tidak ada tempat untuk melarikan diri, tidak ada tempat untuk bersembunyi dari gravitasi magis yang mencakup segalanya: planet-planet tata surya kita tertarik tidak hanya ke Matahari yang besar, tetapi juga satu sama lain, semua benda, molekul, dan atom terkecil juga saling tertarik. . dikenal bahkan oleh anak-anak kecil, setelah mengabdikan hidupnya untuk mempelajari fenomena ini, ia menetapkan salah satu hukum terbesar - hukum gravitasi universal.

Apa itu gravitasi?

Pengertian dan rumusnya sudah lama diketahui banyak orang. Ingatlah bahwa gaya gravitasi adalah besaran tertentu, salah satu manifestasi alami gravitasi universal, yaitu: gaya yang dengannya benda apa pun selalu tertarik ke Bumi.

Gaya gravitasi dilambangkan dengan huruf latin F berat.

Gravitasi: rumus

Bagaimana cara menghitung diarahkan ke tubuh tertentu? Apa jumlah lain yang perlu Anda ketahui untuk melakukan ini? Rumus untuk menghitung gravitasi cukup sederhana, dipelajari di kelas 7 sekolah komprehensif, di awal kursus fisika. Agar tidak hanya mempelajarinya, tetapi juga memahaminya, seseorang harus melanjutkan dari fakta bahwa gaya gravitasi, yang selalu bekerja pada suatu benda, berbanding lurus dengan nilai kuantitatifnya (massa).

Unit gravitasi dinamai ilmuwan besar Newton.

Itu selalu diarahkan secara ketat ke pusat inti bumi, karena pengaruhnya semua benda jatuh dengan percepatan yang seragam. Kami mengamati fenomena gravitasi dalam kehidupan sehari-hari di mana-mana dan terus-menerus:

• benda, yang secara tidak sengaja atau khusus dilepaskan dari tangan, pasti jatuh ke Bumi (atau ke permukaan apa pun yang mencegah jatuh bebas);
• sebuah satelit yang diluncurkan ke luar angkasa tidak terbang menjauh dari planet kita untuk jarak yang tidak terbatas secara tegak lurus ke atas, tetapi tetap berada di orbit;
• semua sungai mengalir dari pegunungan dan tidak dapat dibalik;
• kebetulan seseorang jatuh dan terluka;
• partikel debu terkecil berada di semua permukaan;
• udara terkonsentrasi di permukaan bumi;
• sulit untuk membawa tas;
• hujan turun dari awan dan awan, salju turun, hujan es.

Seiring dengan konsep "gravitasi", istilah "berat badan" digunakan. Jika tubuh diletakkan pada permukaan horizontal yang datar, maka berat dan gravitasinya secara numerik sama, sehingga kedua konsep ini sering diganti, yang sama sekali tidak benar.

Percepatan gravitasi

Konsep "percepatan jatuh bebas" (dengan kata lain, dikaitkan dengan istilah "gravitasi." Rumusnya menunjukkan: untuk menghitung gaya gravitasi, Anda perlu mengalikan massa dengan g (percepatan St. p .).

"g" = 9,8 N/kg, ini adalah nilai konstan. Namun, pengukuran yang lebih akurat menunjukkan bahwa karena rotasi Bumi, nilai percepatan St. p. tidak sama dan tergantung pada garis lintang: di Kutub Utara = 9,832 N / kg, dan di ekuator yang gerah = 9,78 N / kg. Ternyata di tempat yang berbeda di planet ini gaya gravitasi yang berbeda diarahkan ke benda dengan massa yang sama (rumus mg masih tetap tidak berubah). Untuk perhitungan praktis, diputuskan untuk membiarkan kesalahan kecil dalam nilai ini dan menggunakan nilai rata-rata 9,8 N/kg.

Proporsionalitas kuantitas seperti gravitasi (rumus membuktikan ini) memungkinkan Anda untuk mengukur berat suatu benda dengan dinamometer (mirip dengan bisnis rumah tangga biasa). Harap dicatat bahwa instrumen hanya menampilkan kekuatan, karena nilai "g" lokal harus diketahui untuk menentukan berat badan yang tepat.

Apakah gravitasi bekerja pada setiap jarak (baik dekat maupun jauh) dari pusat bumi? Newton berhipotesis bahwa ia bekerja pada tubuh bahkan pada jarak yang cukup jauh dari Bumi, tetapi nilainya menurun berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari objek ke inti Bumi.

Gravitasi di tata surya

Apakah ada Definisi dan rumus tentang planet lain mempertahankan relevansinya. Dengan hanya satu perbedaan dalam arti "g":

• di Bulan = 1,62 N/kg (enam kali lebih kecil dari di Bumi);
• di Neptunus = 13,5 N/kg (hampir satu setengah kali lebih tinggi dari di Bumi);
• di Mars = 3,73 N/kg (lebih dari dua setengah kali lebih sedikit daripada di planet kita);
• di Saturnus = 10,44 N/kg;
• pada Merkurius = 3,7 N/kg;
• di Venus = 8,8 N/kg;
• di Uranus = 9,8 N/kg (hampir sama dengan milik kita);
• di Jupiter = 24 N/kg (hampir dua setengah kali lebih tinggi).