Гравитацията е една от основните сили във физиката. Най -важният аспект на гравитацията е, че тя е универсална: всички обекти имат гравитационна сила, която привлича други обекти. Величината на гравитационната сила зависи от масата и разстоянието между двата обекта.
Стъпка
Част 1 от 2: Изчисляване на силата на тежестта между два обекта
Стъпка 1. Определете уравнението за гравитационната сила, която дърпа обект, Fграв = (Гм1м2)/д2.
За да може да се изчисли гравитационната сила на обект, това уравнение взема предвид и масите на двата обекта и разстоянието им един от друг. Променливите на уравнението са описани по -долу.
- Fграв е гравитационната сила
- G е универсалната гравитационна константа 6.673 x 10-11 Нм2/килограма2
- м1 е масата на първия обект
- м2 е масата на втория обект
- d е разстоянието между центровете на двата обекта
- Понякога намирате буквата r вместо d. Тези два символа представляват разстоянието между двата обекта.
Стъпка 2. Използвайте подходящите мерни единици
За това уравнение трябва да използвате метрични единици. Масата на обекта трябва да бъде в килограми (kg), а разстоянието между обектите трябва да бъде в метри (m). Трябва да конвертирате тези единици в метрични единици, преди да продължите
Стъпка 3. Определете масата на въпросния обект
За малки предмети можете да ги претеглите, за да определите теглото им в килограми. За големи обекти можете да потърсите приблизителната маса на маса или в интернет. При физическите проблеми обикновено се казва масата на обекта.
Стъпка 4. Измерете разстоянието между двата обекта
Ако се опитвате да изчислите гравитационната сила между обект и земята, трябва да знаете колко далеч е този обект от центъра на земята.
- Разстоянието от земната повърхност до центъра на земята е около 6,38 x 106 м.
- Можете да потърсите таблици или други източници в интернет, които ви казват приблизителното разстояние от центъра на Земята до обекти на различни височини на земната повърхност.
Стъпка 5. Завършете изчислението
Ако сте определили променливите в уравнението, не се колебайте да ги въведете за решаване. Уверете се, че всички променливи са в метрични единици и са правилно мащабирани. Масата трябва да е в килограми, а разстоянието - в метри. Решете уравненията в правилния ред на изчисления.
- Например, определете гравитационната сила на човек, чиято маса е 68 кг над земната повърхност. Земната маса е 5,98 x 1024 килограма.
- Уверете се, че всички променливи са в правилни единици. м1 = 5, 98 x 1024 кг, м2 = 68 кг, G = 6.673 x 10-11 Нм2/килограма2и d = 6, 38 x 106 м
- Напишете уравнението си: Fграв = (Гм1м2)/д2 = [(6, 67 x 10-11) х 68 х (5, 98 х 1024)]/(6, 38 x 106)2
- Умножете масите на двата обекта, които се вземат предвид. 68 x (5, 98 x 1024) = 4,06 x 1026
- Умножете резултата m1 и м2 с гравитационната константа G. (4,06 x 1026) x (6,67 x 10-11) = 2,708 x 1016
- Квадратирайте разстоянието между двата обекта. (6, 38 x 106)2 = 4.07 x 1013
- Споделете резултат G x m1 x m2 чрез разстоянието на квадрат, за да се получи гравитационната сила в Нютони (N). 2, 708 x 1016/4, 07 x 1013 = 665 N
- Гравитационната му сила е 665 N.
Част 2 от 2: Изчисляване на силата на гравитацията на Земята
Стъпка 1. Разберете втория закон на Нютон, F = ma
Вторият закон на Нютон гласи, че ускорението на обект е правопропорционално на действащата върху него нетна сила и обратно пропорционално на неговата маса. С други думи, ако сила, действаща върху обект, е по -голяма от силата, действаща в обратна посока, обектът ще се движи с по -силната сила.
- Този закон може да се обобщи с уравнението F = ma, където F е силата, m е масата на обекта, а a е ускорението.
- Благодарение на този закон можем да изчислим гравитационната сила на всички обекти на земната повърхност, използвайки известното ускорение, дължащо се на гравитацията.
Стъпка 2. Намерете ускорението, дължащо се на земната гравитация
На земята силата на гравитацията кара всички обекти да се ускоряват с 9,8 m/s2. На земната повърхност можем да използваме опростено уравнение: Fграв = mg за изчисляване на гравитационната сила.
Ако искате да знаете по -точен брой гравитационни сили, все още можете да използвате формулата в предишната стъпка, Fграв = (GMЗемятам)/г2 за определяне на гравитационната сила.
Стъпка 3. Използвайте подходящите метрични единици
За това уравнение трябва да използвате метрични единици. Масата на обекта трябва да бъде в килограми (kg), а разстоянието между обектите трябва да бъде в метри (m). Трябва да конвертирате тези единици в метрични единици, преди да продължите.
Стъпка 4. Определете масата на въпросния обект
За малки предмети можете да ги претеглите, за да определите теглото им в килограми. За големи обекти можете да потърсите приблизителната маса на маса или в интернет. При физическите проблеми обикновено се казва масата на обекта.
Стъпка 5. Завършете изчислението
Ако сте определили променливите в уравнението, не се колебайте да ги въведете за решаване. Уверете се, че всички променливи са в метрични единици и са правилно мащабирани. Масата трябва да е в килограми, а разстоянието - в метри. Решете уравненията в правилния ред на изчисления.
- Нека се опитаме да използваме уравнението в предишната стъпка и да видим колко близки са резултатите. Определете гравитационната сила на човек с маса 68 кг върху земната повърхност.
- Уверете се, че всички променливи са в правилни единици: m = 68 kg, g = 9,8 m/s2.
- Запишете формулата. Fграв = mg = 68*9, 8 = 666 N.
- Използвайки формулата F = mg, гравитационната сила е 666 N, докато резултатът от формулата в предишната стъпка е 665 N. Както можете да видите, двата резултата са почти еднакви.
Съвети
- Тези две формули трябва да дадат един и същ отговор, но по -късата и по -проста формула е по -лесна за използване при обсъждане на обекти на повърхността на планетата.
- Използвайте първата формула, ако не знаете ускорението, дължащо се на гравитацията на планета, или изчислявате гравитационната сила между два много големи обекта, като Луната или планетите.
