ЗАКОНЫ ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ НЬЮТОНА — это… Что такое ЗАКОНЫ ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ НЬЮТОНА?
- ЗАКОНЫ ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ НЬЮТОНА
Научно-технический энциклопедический словарь.
- ЗАКОН ШАРЛЯ
- ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ НЬЮТОНА
Полезное
Смотреть что такое «ЗАКОНЫ ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ НЬЮТОНА» в других словарях:
Классическая теория тяготения Ньютона — (Закон всеобщего тяготения Ньютона) закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. Этот закон был открыт Ньютоном в 1666 году. Он гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками… … Википедия
Закон всемирного тяготения — Гравитация (всемирное тяготение, тяготение) (от лат. gravitas «тяжесть») дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том… … Википедия
ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ — (Ньютона закон тяготения) все материальные тела притягивают друг друга с силами, прямо пропорциональными их массам и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними: где F модуль силы тяготения, m1 и m2, массы взаимодействующих тел, R… … Большая политехническая энциклопедия
Законы Кеплера — Законы Кеплера три эмпирических соотношения, интуитивно подобранных Иоганном Кеплером на основе анализа астрономических наблюдений Тихо Браге. Описывают идеализированную гелиоцентрическую орбиту планеты. В рамках классической механики… … Википедия
Законы Ньютона — Классическая механика … Википедия
Ньютона закон тяготения — закон всемирного тяготения, один из универсальных законов природы; согласно Н. з. т. все материальные тела притягивают друг друга, причём величина силы тяготения не зависит от физических и химических свойств тел, от состояния их движения … Большая советская энциклопедия
Законы и теории химии — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей. Всю совокупнос … Википедия
Закон тяготения — Гравитация (всемирное тяготение, тяготение) (от лат. gravitas «тяжесть») дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том… … Википедия
Кеплера законы — Законы Кеплера семейство физических законов, открытых Иоганном Кеплером, описывающих движение планет вокруг Солнца. Первый закон Кеплера (Закон эллипсов) Первый закон Кеплера. Каждая планета Солнечной системы обращается по … Википедия
Всемирного тяготения закон — Физическая энциклопедия
ВСЕМИРНОГО
ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН — закон тяготения Ньютона в нсрелятивистской механике, согласно к-рому сила
гравитац. притяжения двух тел с массами m1 и т2 обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:
Здесь G — гравитац.
постоянная, значение к-рой, определяемое из эксперимента, равно G=6,67*10-8 см3г-1с-2. Закон сформулирован И. Ньютоном
(I. Newton) в кон. 60-х гг. 17 в. (опубликован в 1687). В более общем смысле
В. т. з.- универсальное свойство материи создавать гравитац. поле и испытывать
на себе действие гравитац. полей.
В рамках ньютоновского
В. т. з. гравитац. поле может быть описано с помощью скалярного потенциала ,
при этом сила F, действующая на пробную частицу массы то, равна
Потенциал
удовлетворяет ур-нию Пуассона:
где
— плотность масс источника гравитац. поля,
— оператор Лапласа. Гравитац. поле, создаваемое центрально-симметричным распределением
масс, вне этого распределения совпадает с полем точечной массы, равной полной
массе M объекта и расположенной в центре симметрии:
Поскольку сила (2), действующая
на пробное тело, пропорциональна его массе, то приобретаемое телом ускорение
зависит лишь от гравитац. потенциала:
т. е. тела разл. массы
движутся в гравитац. поле по одинаковым траекториям при совпадении нач. условий.
Этот вывод о равенстве инертной и гравитац. масс, с высокой точностью подтверждённый
экспериментально, лежит в основе и релятивистской теории тяготения — общей теории
относительности (ОТО).
В релятивистской теории
поле тяготения уже не может быть описано скалярным потенциалом. Причина состоит
в том, что скалярное поле по-разному взаимодействует с нерелятивистскими частицами
ненулевой массы покоя и с безмассовыми частицами (напр., фотонами), в то время
как из наблюдений следует одинаковый характер зависимости потенц. энергии этих
частиц во внеш. гравитац. поле массивного тела:
Если бы гравитац. поле описывалось скалярным потенциалом, то отклонение фотона
в поле Солнца зависело бы от поляризации и убывало бы обратно пропорционально
кубу расстояния, тогда как наблюдаемое значение угла отклонения не зависит от
поляризации и обратно пропорционально первой степени прицельного параметра.
Гравитац. поле не может быть и компонентой векторного поля, т. к. из электродинамики,
являющейся теорией векторного поля, следует взаимное отталкивание частиц одного
заряда (роль к-рого в данном случае играла бы масса). Наконец, можно показать,
что поля тензорной размерности, равной трём и выше, вообще не могут давать отличной
от нуля силы взаимодействия в статич. пределе. Поскольку спинорные поля, подчиняющиеся
статистике Ферми — Дирака, не могут приводить к дальнодействующим силам, можно
придти к выводу, что релятивистское гравитац. поле должно описываться тензором
второго ранга. Существенно, что теория тензорного безмассового поля, взаимодействующего
с материей, построенная на основе общих принципов квантовой теории поля, в классич.
пределе оказывается совпадающей с ОТО, найденной А. Эйнштейном из эвристич.
соображений [2].
Лит. 1) Ландау Л
Д., Лифшиц E. M. Теория поля, 6 изд., M. 1973; 2) Вейнберг С. Гравитация и космология
пер. с англ., M., 1975.
Д. В. Галъцов.
Предметный указатель >>
Силы всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения
Вы уже знакомы с явлением всемирного тяготения из курса девятого класса. Так же мы говорили о том, что все тела, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Из второго закона Ньютона следует, что любая равнодействующая сила равна произведению массы тела и ускорения, сообщаемого этой силой: .
Так, например, сила тяжести равна произведению массы тела и ускорения свободного падения:
Но, как мы уже выяснили, ускорение свободного падения не зависит от массы тела, из чего можно сделать вывод, что гравитационные силы сообщают ускорение, которое не зависит от массы тела!
Это поразительное свойство можно объяснить только тем, что гравитационные силы пропорциональны массе тела, на которое они действуют. А теперь, вспомним третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, направленными по одной прямой в противоположных направлениях: .
В частности, если Земля действует на Луну с некоторой силой, то и Луна должна действовать на Землю с этой силой. Значит, гравитационная сила, возникающая между двумя телами пропорциональна массам обоих тел.
Рассмотрим теперь ускорение, с которым двигается Луна. Напомним, что любое криволинейное движение является ускоренным. Движение Луны вокруг Земли хорошо известно людям: период обращения Луны вокруг Земли составляет примерно 27,3 земных суток, а средний радиус орбиты Луны составляет 384 тыс. километров. Исходя из этого, мы можем подсчитать центростремительное ускорение Луны:
Если мы сравним теперь получившуюся величину с ускорением свободного падения на Земле, то убедимся, что ускорение Луны примерно в 3600 раз меньше, чем ускорение свободного падения на Земле:
А теперь, сравним радиус Земли с расстоянием между Землёй и Луной:
Оказывается, что
радиус Земли примерно в 60 раз меньше, чем расстояние между Землей и Луной.
Заметим, что 60
Исходя из всего вышеперечисленного, формулировка закона всемирного тяготения такова: сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
Необходимо отметить, что если тела не являются материальными точками, то за расстояние между ними принимается расстояние между центрами тяжести этих тел. В формуле мы видим коэффициент пропорциональности, который называется гравитационной постоянной. Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массами 1 кг, если расстояние между ними составляет 1 метр.
Гравитационная постоянная является очень важной константой, поскольку именно с её помощью люди смогли вычислить массу Земли, Луны, Солнца и так далее. Но как вычислить саму гравитационную постоянную?
Впервые гравитационная постоянная была измерена Генри Кавендишем в 1798 году. С помощью крутильных весов, ему удалось определить значение гравитационной постоянной достаточно точно (оно почти совпадает с принятым сегодня значением).
Крутильные весы представляют собой следующую установку: на тонкой упругой нити подвешено лёгкое коромысло с двумя шарами на концах. Рядом закреплены два значительно более тяжёлых шара (в эксперименте Кавендиша легкие шары имели массу 775 г, а тяжёлые – 49,5 кг). В результате гравитационного взаимодействия, коромысло поворачивалось и закручивало нить. Зная упругие свойства нити, Кавендишу удалось измерить силу притяжения. Поскольку, массы шаров ему были известны, так же, как и расстояние между ними, Кавендиш смог вычислить гравитационную постоянную.
Необходимо отметить, что закон всемирного тяготения дает точный результат, в трех случаях:
1) Если оба тела имеют форму шара и являются однородными.
2) Если размеры тел ничтожно малы, по сравнению с расстоянием между ними.
3) Если одно из тел обладает формой шара и его размеры многократно больше размеров второго тела любой формы.
Примеры решения задач.
Задача 1. Юпитер обладает массой и радиусом 69 911 км. Определите ускорение свободного падения на Юпитере.
Поскольку закон всемирного тяготения является одним из универсальных законов природы, он одинаково выполняется для всех тел, имеющих массу. Рассмотрим произвольное тело (масса и размеры которого ничтожно малы по сравнению с массой и размерами Юпитера).
Задача 2. Вычислите, на какой высоте над поверхностью Земли должен находиться геостационарный спутник.
На первый взгляд может показаться, что в задаче нет исходных данных. Но если мы внимательно рассмотрим ситуацию, то убедимся, что некоторые данные у нас есть. В первую очередь, — это период обращения спутника: разумеется, он должен быть равен периоду обращения Земли вокруг своей оси. И самое главное: спутник должен двигаться с постоянной скоростью, поскольку Земля тоже двигается с постоянной скоростью.
Необходимо отметить, что в задачах мы принимали орбиты планет за окружности для упрощения расчетов. В действительности, планеты Солнечной системы двигаются по эллиптическим орбитам, поэтому, когда мы говорим о расстоянии от планеты до Солнца, мы имеем ввиду средний радиус её орбиты.
Центр обучения Нилу Герелсу Swift
Продолжительность
1-2 академических часа
Основные вопросы
- Как ускорение и сила тяжести зависят от радиуса и массы планеты?
- Как масса падающего тела влияет на скорость его падения в гравитационном поле?
Цели
Студенты:
- видно, что ускорение объекта под действием силы тяжести не зависит от его массы.
- определяют, что они будут весить на других планетах.
- видят, что сила, которую они ощущают от гравитации, зависит от радиуса и массы планеты.
Научные концепции
- Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что два объекта с массой m 1 и m 2 , с расстоянием между их центрами r, притягиваются друг к другу с силой F, определяемой по формуле: F = Gm 1 m 2 / r 2 , где G — универсальная гравитационная постоянная (равная: 6.672×10 -11 Нм 2 / кг 2 ).
- Объекты у поверхности Земли падают с одинаковой скоростью независимо от их массы.
- Сила тяжести на разных планетах разная, в зависимости от их массы и радиуса.
Об этом плакате
Swift Gamma-Ray Burst Explorer — это миссия НАСА, которая наблюдает за взрывами самых высоких энергий во Вселенной — гамма-всплесками (GRB). Запущенный в ноябре 2004 года, Swift обнаруживает и наблюдает сотни этих взрывов, значительно расширяя знания ученых об этих загадочных событиях.Образование и работа с общественностью (E / PO) также является одной из целей миссии. Группа NASA E / PO в Государственном университете Сономы разрабатывает учебные занятия, вдохновленные наукой и технологиями миссии Swift, которые соответствуют национальным стандартам. Лицевая сторона плаката иллюстрирует закон всемирного тяготения Ньютона, а описания рисунков можно найти на следующей странице. Этот плакат и упражнение являются частью набора из четырех образовательных настенных листов, предназначенных для 6–9 классов и которые могут отображаться в классе или по отдельности.
Упражнение ниже представляет собой простую иллюстрацию закона тяготения Ньютона. Задание завершено и готово к использованию в вашем классе; единственные необходимые вам дополнительные материалы перечислены на стр. 4. Задание составлено и составлено таким образом, чтобы вы могли легко делать копии рабочего листа учащегося и других раздаточных материалов.
Группа E / PO NASA в Государственном университете Сономы:
- Проф. Линн Комински: Директор проекта
- Д-р Фил Плэйт: Директор по образовательным ресурсам
- Сара Сильва: руководитель программы
- Тим Грейвс: консультант по информационным технологиям
- Аврора Симонне: научный иллюстратор
- Лаура Дилбек: Ассистент проекта
Мы с благодарностью выражаем признательность за советы и помощь Dr.Кевин Маклин, группа преподавателей (EA) отдела астрофизики НАСА и экспертная группа преподавателей WestEd. Этот набор плакатов представляет собой обширную переработку материалов, созданных в 2000 году доктором Лорой Уитлок и Карой Грейнджер для программы Swift E / PO.
Веб-сайт Swift Education и Public Outreach: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/programs/swift/
Этот плакат и другие образовательные материалы Swift можно найти по адресу: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/programs/swift/
Национальные стандарты естественнонаучного образования и математические стандартыдля набора из четырех настенных листов закона Ньютона можно найти по адресу: https: // submit.gsfc.nasa.gov/educators/programs/swift/classroom/newtons_laws_standards.html
Описание лицевой стороны плаката
- Солнечная система
- Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца из-за его гравитации. Внутренние планеты расположены ближе к Солнцу и ощущают большую гравитацию, поэтому они движутся быстрее.
- Астронавт
- Гравитация продолжается вечно; космонавт на орбите ускоряется земным притяжением. Но без уравновешивающей силы, направленной вверх от земли, она свободно падает.Некоторые называют это «невесомостью», но это не совсем так. «Свободное падение» — лучший термин.
- Ньютон
- Исаак Ньютон был человеком, который понял, что все массивные объекты во Вселенной применяют силу тяжести ко всем другим массивным объектам. Яблоко на самом деле не упало ему на голову, но он осознал, что сила, заставляющая яблоко падать, такая же, как сила, заставляющая Луну вращаться вокруг Земли — гравитация Земли.
- Девушка падает
- При падении девушка ощущает кратковременный период «свободного падения» в воздухе, потому что гравитация Земли не уравновешивается какой-либо восходящей силой.Гравитация, обусловленная массой девушки, воздействует на Землю с той же силой, что и гравитация Земли на девушку, но поскольку Земля имеет гораздо большую массу, она совсем не ускоряется, в то время как девушка ускоряется быстро.
- Велосипед
- Велосипедисты, поднимающиеся на холм или спускающиеся с холма, безусловно, знают о гравитации!
- Быстрая орбита Земли
- Эффект горизонтальной скорости Свифта (от его ракеты-носителя) в точности компенсирует нисходящую скорость, полученную от ускорения из-за гравитации Земли.Это дает Swift круговой путь вокруг Земли. См. «Закон тяготения Ньютона и быстрый спутник» ниже.
Справочная информация для учителей
Сегодня хорошо известно, что сила тяжести, которую испытывает объект, зависит от относительно простого соотношения: F = GmM / r 2 , где F — сила тяжести, M — масса одного объекта. , м — масса второго объекта, r — расстояние между ними, G = 6.672 x 10 -11 Нм 2 / кг 2 — постоянная, называемая универсальной гравитационной постоянной Ньютона.
Эта взаимосвязь управляет движением планет по их орбитам, направляет космические корабли к их пунктам назначения и даже позволяет нам твердо стоять на земле. Сэр Исаак Ньютон вывел это уравнение в 17-м годах -го века, но оно используется и сегодня.
Когда вы обучаете студентов естествознанию, они любят спрашивать: «Как это влияет на меня?» На этот раз вы можете честно ответить: этот напрямую влияет на них.Это влияет на все! Фактически, мы можем использовать уравнение Ньютона, чтобы выяснить, насколько сильно нас тянет Земля.
Посмотрите еще раз на уравнение.
Мы знаем, что F = ma из Второго закона движения Ньютона. Мы можем установить это равным приведенному выше уравнению и решить для a, ускорение, вызванное гравитацией Земли:
a = G M E / R E 2
, где M E — масса Земли, а R E — ее радиус.Нам известны значения всех этих чисел:
G = 6,672 x 10 -11 Н · м 2 / кг 2
M E = 5,96 x 10 24 кг
R E = 6375 км
Вывод закона всемирного тяготения Ньютона выходит за рамки этой деятельности. Однако, если вы хотите его увидеть, его можно найти на сайте Swift: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/programs/swift/classroom/law_grav_derivation.html
.Подставляя их в приведенное выше уравнение, мы видим, что ускорение свободного падения для любого объекта на поверхности Земли (обычно называемого g или «маленьким g») равно 9.8 м / сек 2 . Другими словами, объект, сброшенный около поверхности Земли, будет ускоряться 9,8 м / с за каждую секунду падения: он будет двигаться со скоростью 9,8 м / с после первой секунды, 2 x 9,8 м / с = 19,6 м / с. следующий, 3 x 9,8 м / сек = 29,4 м / сек следующий, и так далее.
Из этого уравнения следует очень важный вывод: масса падающего объекта не имеет значения! Гроздь и рояль упадут с одинаковым ускорением и, следовательно, с одинаковой скоростью (если они оба упадут с одной высоты).Это противоречит интуиции большинству людей, в том числе, скорее всего, вашим ученикам. Наша интуиция подсказывает нам, что более массивные объекты падают быстрее, но это неверно.
Студенты могут быть сбиты с толку, потому что они знают, что более массивные предметы весят больше. Хотя это правда, важно различать массой и массой . Масса присуща материи, но вес — это сила тяжести, действующая на эту массу. Помните, F = ma. Ускорение свободного падения зависит не от массы падающего объекта, а от силы, которую он ощущает, и, следовательно, от веса объекта.
Это говорит нам о двух вещах. Во-первых, скорость падения объекта не зависит от его массы. Во-вторых, если бы ускорение свободного падения было другим (скажем, на другой планете), вы бы весили другое количество. Эти две концепции лежат в основе занятий в классе.
Дополнительная справочная информация для учителей
Сэр Исаак Ньютон (1642-1727) установил научные законы, которые управляют 99% или более наших повседневных переживаний. Он также объяснил наши отношения со Вселенной через свои законы движения и универсальный закон тяготения.Многие считают их наиболее важными законами во всей физической науке.
Ньютон был первым, кто увидел, что такие очевидно разные явления, как яблоко, падающее с дерева, Луна, вращающаяся вокруг Земли, и планеты, вращающиеся вокруг Солнца, действуют по одному и тому же принципу: сила равна массе, умноженной на ускорение, или F = ma.
На нашу повседневную жизнь влияют разные силы: например, Земля оказывает на нас силу, которую мы называем гравитацией. Мы чувствуем силу, необходимую для поднятия предмета с пола на стол.Но как именно второй закон движения Ньютона соотносится с гравитацией? Чтобы понять закон тяготения Ньютона, вы должны сначала понять природу силы и ускорения в применении к круговому движению, а не движению по прямой.
Первый закон движения Ньютона гласит, что без влияния неуравновешенной силы объект будет вечно перемещаться по прямой. Это означает, что на объект, движущийся по круговой траектории, должна действовать неуравновешенная сила.Циркулирующий объект имеет скорость, которая постоянно меняется не потому, что его скорость меняется, а потому, что меняется его направление. Изменение величины (количества) или направления скорости называется ускорением. Второй закон Ньютона объясняет это следующим образом: чистая сила изменяет скорость объекта, изменяя либо его скорость, либо направление (или и то, и другое).
Следовательно, объект, движущийся по кругу, испытывает ускорение. Направление ускорения — к центру круга.Величина ускорения
a = v 2 / r
где v — постоянная скорость по круговой траектории, а r — радиус круговой траектории. Это ускорение называется центростремительным (буквально «центростремительным») ускорением. Сила, необходимая для создания центростремительного ускорения, называется центростремительной силой, F cent = ma cent , согласно Второму закону Ньютона. Таким образом, центростремительная сила может быть записана как
.F центов = ma cent = mv 2 / r
Величественные примеры кругового движения можно найти по всей нашей Вселенной: планеты вращаются вокруг Солнца почти по круговой траектории; луны вращаются вокруг своих планет почти по круговой траектории; а искусственные спутники (такие как Swift) могут вращаться вокруг Земли почти по круговой траектории.
Чтение перед занятием
Закон всемирного тяготения Ньютона и быстрый спутник
В наших предыдущих плакатах Закона Ньютона мы исследовали, что произошло, когда Свифт был запущен в ракете, и что происходит, когда ракета сжигает свое топливо. Мы также изучили силы, действующие на Swift, когда он вышел на орбиту. В этом последнем плакате мы изучим взаимосвязь между силой тяжести на Swift и его ускорением и скоростью.
Напомним, что когда Swift выходит на свою орбиту, его скорость является чисто «горизонтальной», то есть он движется параллельно изогнутой поверхности Земли в каждой точке.Однако сила притяжения Земли на Swift является «вертикальной» — направлена к центру Земли. Почему же тогда Свифт не падает сразу на Землю? Ответ заключается в том, что Swift движется по горизонтали с правильной скоростью, поэтому при вертикальном падении его движение создает круговой путь вокруг Земли. Этот баланс между «горизонтальным» и «вертикальным» движением и есть то, что подразумевается под «нахождением на орбите». Swift сможет оставаться на орбите в течение многих лет, если его горизонтальная скорость будет поддерживаться на достаточно высоком уровне.Особая взаимосвязь между горизонтальной скоростью и гравитационным ускорением для любого тела, вращающегося вокруг другого более массивного тела, была разработана Иоганном Кеплером за много лет до того, как сэр Исаак Ньютон выяснил Закон всемирного тяготения.
В конце концов, совокупный эффект небольшого количества атмосферных молекул, ударяющих Swift по его орбите на высоте 600 км над Землей, вызовет замедление «горизонтального» движения спутника; его горизонтальное движение больше не сможет полностью противодействовать его вертикальному движению.Когда это произойдет, орбита Свифта начнет «распадаться». По мере приближения Свифта по спирали к Земле сопротивление атмосферы будет еще больше, что приведет к ускорению затухания орбиты Свифта. Swift закончит свою жизнь, погрузившись в атмосферу Земли, вероятно, где-то в 2014 году.
Соотношение между скоростью и ускорением Swift на его орбите (не в масштабе).
Порядок проведения аудиторных занятий
В этих двух заданиях ваши ученики исследуют закон тяготения Ньютона.В первом упражнении вы можете разделить их на команды, чтобы экспериментально исследовать тот факт, что ускорение объекта под действием силы тяжести не зависит от его массы. Во втором упражнении (для продвинутых студентов) они могут работать индивидуально или в парах, чтобы вычислить, как их вес изменится на других телах в Солнечной системе, и увидеть, что сила гравитации и, следовательно, их вес зависят от радиус и масса планеты.
Материалы
- Несколько предметов разной массы и размера, например карандаши, скомканная алюминиевая фольга, монеты, рыболовные грузы и т. Д.Убедитесь, что они не ломаются!
- Калькулятор
Часть A: Падение человека
Ваши ученики будут ронять различные предметы на пол, чтобы проверить, падают ли они с разной скоростью. Изучите справочный материал до уровня, который, по вашему мнению, подходит для вашего класса, но не переусердствуйте с концепцией, согласно которой ускорение не зависит от массы падающего объекта! Они сами в этом убедятся в первой части занятия. Когда вы даете им материалы для тестирования, убедитесь, что они имеют разные размеры, массу и плотность.Убедитесь, что они не ломаются! Также убедитесь, что на них не слишком сильно влияет сопротивление воздуха; воздушный шарик или лист бумаги не подойдут (хотя скомканная бумага будет, если она будет плотно скатана).
После этого задания обсудите результаты со студентами. Скорее всего, они предсказали, что более тяжелый объект ударит первым, и обнаружили, что это не так; два объекта упали вместе с одинаковой скоростью. Объясните им, что это происходит потому, что ускорение свободного падения не зависит от массы.Некоторым студентам может быть трудно усвоить это. Они могут даже не согласиться с результатами. Если это произойдет, снова продемонстрируйте им это упражнение с большей высоты (например, стоя на стуле), используя очень разные массивные предметы (например, карандаш и тяжелый груз).
Часть B: Серьезность ситуации (учащиеся продвинутого уровня)
Перед выполнением Части B напомните им о разнице между ускорением и силой. Обойдите закон тяготения Ньютона и подчеркните идею о том, что ускорение силы тяжести на поверхности планеты зависит от размера и массы планеты, и что это означает, что они будут иметь разный вес на разных планетах.Просмотрите происхождение «маленького g», которое дается в справочной информации, и, возможно, поработайте один пример для другой планеты, чтобы они поняли, как действовать дальше. Вы также можете использовать вопросы из поля «Подумай об этом!» в качестве основы для обсуждения в классе после того, как таблица будет заполнена.
Студенты могут быть немного сбиты с толку относительно единиц для всех этих чисел (например, G = 6,672×10 -11 Н · м 2 / кг 2 ). Это понятно! Если они запутались, скажите им, что для выполнения задания им нужно беспокоиться только о значениях чисел.Единицы измерения важны при занятиях наукой, но пока они могут просто использовать числа.
Дополнительное упражнение — Swift Orbit (студенты продвинутого уровня)
Следующее задание выходит за рамки обычного постера, но может заинтересовать продвинутых студентов. Возможно, им поможет прочитать вывод закона тяготения Ньютона по адресу: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/programs/swift/classroom/law_grav_derivation.html. Возможно, вам сначала придется объяснить им математику.
- Используйте закон Кеплера: T 2 = K R 3 , чтобы вычислить период спутника Swift на его 600-километровой орбите вокруг Земли.Период T — это время, за которое Swift совершает один оборот вокруг Земли. Помните, что расстояние R в этом уравнении измеряется от центра Земли, а радиус Земли составляет около 6375 км. Константа K в этом уравнении равна (4π 2 ) / (GM E ), где M E — масса Земли и равна 5,96 x 10 24 кг, а G — гравитационная постоянная: G = 6,67x 10 -11 Н · м 2 / кг 2 .
- Какова скорость Свифта на своей орбите? Напомним, что v = 2πR / T.
- Если вес Свифта на орбите составляет 1255 кг (см. «Подумайте об этом!», Часть «e» на стр. 8), почему тогда мы называем астронавтов, вращающихся вокруг Земли, «невесомыми»?
Подсказка: Учащиеся могут застрять на вопросе c, когда они попытаются подумать о вещах, которые, возможно, не помогли им рассчитать время. Двумя важнейшими факторами при этом являются время реакции человека и сопротивление воздуха. Если они застряли, попросите их уронить карандаш и развернутый лист бумаги.Затем попросите их повторить эксперимент, но на этот раз с карандашом и плотно скатанным листом бумаги. Спросите их, почему ватная бумага падала быстрее, и они должны увидеть, что сопротивление воздуха замедлило движение бумаги в первый раз.
Ответ для действий расширения
- K = 9,931 x 10 -14 с 2 м -3
R = 6375 + 600 км = 6,975 x 10 6 м
Следовательно, T = 5805 секунд или 96,7 минут
- v = 7550 м / сек (примерно в 25 раз больше скорости звука)
- Астронавты на орбите не являются невесомыми.Фактически, они весят не менее 85% своего веса на Земле. Эффект, который обычно называют «невесомостью», правильнее называть «свободным падением». Астронавты падают на Землю (движутся «вертикально») с той же скоростью, с какой их космический аппарат движется «горизонтально», поэтому они никогда не падают на Землю. Вы можете испытать свободное падение, не покидая Земли — просто попробуйте спрыгнуть с трамплина или в воздух. Вы будете чувствовать себя «невесомым», пока не коснетесь поверхности бассейна или земли.
- Большинство студентов предсказывают, что более тяжелый объект ударит первым.
- Они должны обнаружить, что объекты ударяются одновременно.
- Этот ответ будет зависеть от их прогноза. Причины, по которым эксперимент может быть сорван, могут заключаться в том, что они не отпускали объекты одновременно, человек, наблюдающий удар, не видел его четко или сопротивление воздуха замедляло один из объектов больше, чем другой.
- Многие могут изменить свое предсказание, говоря, что оба попадут одновременно.
- Большинство людей удивляются тому, что объекты с очень разными массами будут падать с одинаковой скоростью.
- Ваш учитель предоставил вам коллекцию различных предметов.Посмотрите на них: все ли они одного размера, одинакового веса?
Выберите два объекта разного веса и размера. Они должны быть достаточно разными, чтобы вы могли легко почувствовать разницу. Если они упадут с одинаковой высоты, ударится ли один об пол первым или они упадут одновременно?
Сделайте прогноз на этот счет и запишите его.
- Теперь возьмите предметы и держите их перед собой. Убедитесь, что нижняя часть предметов находится на одинаковой высоте от пола.Попросите другого ученика встать на колени или лечь на пол перед вами, чтобы ему было хорошо видно, куда упадут предметы.
Считайте в обратном порядке от трех и на «ноль» одновременно сбросьте предметы. Один попал первым? Если да, то какой? Отметьте, что произошло на вашем листе. Повторите процедуру как минимум дважды, чтобы убедиться, что вы получите стабильные результаты.
- Был ли ваш прогноз точным? Почему или почему нет? Можете ли вы придумать, как бы ваш эксперимент мог быть сорван? Объяснять.
- Теперь найдите два объекта примерно одинакового размера, но очень разного веса. Повторите эксперимент и снова запишите свой прогноз и результаты
- Результаты вас удивили? Почему или почему нет?
- Мои прогнозы:
- Вот что я заметил:
- Точные прогнозы?
- Наблюдения второго эксперимента:
- Вы были удивлены? Почему или почему нет?
- Вы бы весили на Меркурии больше или меньше, чем на Земле?
- А как насчет Юпитера?
- Сколько бы вы весили на Луне?
- В чем разница между массой и весом?
- Если Swift весит на поверхности Земли 1500 килограммов, сколько он весит на орбите в 600 км над поверхностью Земли?
- Вы бы весили на Меркурии меньше, чем на Земле.(Фактор «g» в 0,39 раза больше земного.)
- Вы бы весили на Юпитере больше, чем на Земле. (Фактор «g» в 2,4 раза больше земного.)
- На Луне вы будете весить в 0,17 раза больше своего веса на Земле, или примерно в 6 раз больше.
- Масса — это количество «вещества» в объекте, а вес — это результат силы тяжести, действующей на это количество вещества. Когда вы отправляетесь на другую планету, вы выглядите так же (масса), но ваш вес будет меняться в зависимости от изменений силы тяжести.
- Значение g на орбите Свифта составляет 8,2 м / сек 2 по сравнению с 9,8 м / сек 2 на поверхности Земли. Таким образом, Swift будет весить на орбите 1500 кг x (8,2 / 9,8) = 1255 кг.
Оценка
| Очки | Часть A: Падение человека | Часть B: Серьезность ситуации |
| 4 | A) Студент может предсказывать движение объектов, падающих на землю B) Студент может производить повторяемые измерения падающих объектов C) Студент может вдумчиво рассматривать первоначальные прогнозы и пересматривать их, если они неверны D) Студент может чтобы сделать правильный вывод о том, что масса не влияет на ускорение | A) Студент может правильно рассчитать ускорения для всех тел Солнечной системы, перечисленных в таблице B) Студент может правильно вычислить все отношения ускорений по отношению к ускорению Земли C) Студент может вдумчиво рассмотреть результаты расчетов и дать правильные ответы о Меркурии, Юпитере и Луне D) Студент может правильно описать разницу между массой и массой |
| 3 | Студент достигает первых трех целей, указанных выше. | Студент достигает первых трех целей, указанных выше. |
| 2 | Студент достигает первых двух целей, указанных выше. | Студент достигает первых двух целей выше или по крайней мере половины из первых двух целей и третьей цели. |
| 1 | Студент достигает только первой цели, указанной выше. | Учащийся выполняет только первую из вышеперечисленных целей или часть первых двух целей |
| 0 | Студент не достигает ни одной из вышеперечисленных целей. | Студент не достигает ни одной из вышеперечисленных целей. |
Ответы на вопросы о занятиях в классе
Часть A: Падение человека
Часть B: Серьезность ситуации
| Имя планеты или тела | Масса (м) | Радиус (кг) | Ускорение (м / с 2 ) | Ускорение относительно Земли (м / сек 2 ) |
| Меркурий | 3.3 х 10 23 | 2,4 х 10 6 | 3,8 | 0,39 |
| Венера | 4,9 x 10 24 | 6,1 х 10 6 | 8,9 | 0,90 |
| Земля | 6,0 х 10 24 | 6,4 х 10 6 | 9,8 | 1,0 |
| Луна | 7,4 х 10 22 | 1.7 х 10 6 | 1,7 | 0,17 |
| Марс | 6,4 х 10 23 | 3,4 х 10 6 | 3,7 | 0,38 |
| Юпитер | 1,9 x 10 27 | 7,1 x 10 7 | 23,1 | 2,4 |
| Сатурн | 5,7 x 10 26 | 6,0 х 10 7 | 9 | 0.92 |
| Уран | 8,7 x 10 25 | 2,6 x 10 7 | 9 | 0,91 |
| Нептун | 1,0 х 10 26 | 2,5 х 10 7 | 11 | 1,1 |
| Плутон | 1,3 х 10 22 | 1,2 х 10 6 | 0,60 | 0,062 |
Раздаточный материал для учащихся
Закон тяготения Ньютона
Имя: ________________________
Дата: ________________________
Период: ________________________
Вы уже знаете о гравитации: она удерживает вас на Земле.Но гравитация — это еще не все! В этом упражнении вы исследуете некоторые свойства гравитации и увидите, как она влияет на вас — не только на Земле, но и на других планетах!
Цель Части A — определить взаимосвязь между ускорением свободного падения и массой объекта. Цели Части B — определить, сколько вы будете весить на других планетах и как на этот вес влияют масса и радиус планеты.
Часть A: Падение человека
Ответьте на следующий вопрос (при необходимости используйте отдельный лист бумаги)
Часть B: Серьезность ситуации
Модель гравитации Ньютона — одна из самых важных научных моделей в истории.Это касается яблок, падающих с деревьев, бейсбольных мячей, летящих за пределы поля, и пролитого молока в школьной столовой. Та же самая модель применима и к другим планетам в нашей Солнечной системе!
Используйте приведенную ниже таблицу Солнечной системы, чтобы определить значение g , ускорение свободного падения для каждой из других планет Солнечной системы. Используйте уравнение для ускорения в поле и значения масс и радиусов планет, перечисленные в таблице.Заполните третий столбец таблицы значением поверхностного ускорения свободного падения для каждой планеты (и Луны).
г = GM / R 2
где M = масса, R = радиус,
и G = 6,672 x 10 -11 Н · м 2 / кг 2
Заполните таблицу данных солнечной системы:
| Имя планеты или тела | Масса (м) | Радиус (кг) | Ускорение (м / с 2 ) | Ускорение относительно Земли (м / сек 2 ) |
| Меркурий | 3.3 х 10 23 | 2,4 х 10 6 | ||
| Венера | 4,9 x 10 24 | 6,1 х 10 6 | ||
| Земля | 6,0 х 10 24 | 6,4 х 10 6 | ||
| Луна | 7,4 х 10 22 | 1,7 x 10 6 | ||
| Марс | 6.4 х 10 23 | 3,4 х 10 6 | ||
| Юпитер | 1,9 x 10 27 | 7,1 x 10 7 | ||
| Сатурн | 5,7 x 10 26 | 6,0 х 10 7 | ||
| Уран | 8,7 x 10 25 | 2.6 х 10 7 | ||
| Нептун | 1,0 х 10 26 | 2,5 х 10 7 | ||
| Плутон | 1,3 х 10 22 | 1,2 х 10 6 |
Заполнив третий столбец, вы увидите, насколько сильна (или слаба) гравитация на других планетах. Лучший способ понять это — сравнить гравитацию планет с гравитацией Земли.Итак, в последнем столбце разделите гравитацию, которую вы получили для других планет, на гравитацию Земли (например, после того, как вы это сделаете, вы получите гравитацию Земли = 1, так как вы делите число, полученное для гравитации Земли, на себя. ).
Подумайте об этом!
Ответьте на следующий
Ответы, чтобы подумать об этом!
Разница между массой объекта и его весом составляет
7. Разница между массой объекта и его весом составляет
Ответ: D (масса объекта не зависит от силы тяжести)масса () Мера количества вещества, содержащегося в физическом теле.Масса не зависит от силы тяжести и поэтому отличается от веса. См. Примечание к вес.
вес () 1. Сила, с которой объект, находящийся рядом с Землей или другим небесным телом, притягивается к центру тела под действием силы тяжести. Вес объекта зависит от его массы (количества вещества, из которого он состоит) и силы гравитационного притяжения. На Земле, например, объект весит меньше на вершине очень высокой горы, чем на уровне моря, просто потому, что гравитационное притяжение на вершине горы ниже, чем на уровне моря. 2. Единица измерения силы тяжести: Таблица мер и весов. 3. Система таких мер: вес эвердупуа; тройской вес.
Масса / Масса
Преобразовать фунты в килограммы легко: просто умножьте количество фунтов на 0,45 (или, если вам нужна более высокая точность, используйте 0,4536). Но независимо от того, сколько раз вы делаете это преобразование, вы всегда будете делать ошибку, потому что фунт — это единица силы , а килограмм — это единица массы . Фунт — это мера силы, которую гравитационное поле оказывает на объект. Таким образом, фунт — это единица веса , а не массы. Масса объекта — это его способность противостоять изменениям скорости или направления его движения, и она всегда одинакова, независимо от того, какие силы действуют на него. Если бы вы, например, гуляли по Луне, ваша масса была бы такой же, как и на Земле, но ваш вес был бы в шесть раз меньше, чем на Земле, из-за меньшего гравитационного притяжения Луны.Если это так, вы можете спросить, как мой учитель естественных наук может попросить меня перевести фунты в килограммы? Когда мы делаем такие преобразования, мы предполагаем, что рассматриваемый объект находится на Земле, на уровне моря, где коэффициент преобразования работает для всех практических целей.
как гравитация притягивает предметы к Земле?
Это статья из серии «Любопытные дети» для детей всех возрастов. The Conversation просит молодых людей присылать вопросы, на которые они хотели бы получить ответы от экспертов.Приветствуются все вопросы: подробности о том, как войти, можно найти внизу.
Как гравитация тянет предметы на Землю? — Габриэль, четыре года, Стюартби, Великобритания,
.
Гравитация — это сила, а это значит, что она притягивает вещи. Но не только Земля обладает гравитацией. Фактически, все во Вселенной, большое или маленькое, имеет притяжение из-за гравитации — даже вы.
Исаак Ньютон был одним из первых ученых, выяснивших правила поведения гравитации.История гласит, что он сидел под яблоней, когда один из плодов упал. Когда он увидел, как яблоко упало на землю, он начал задаваться вопросом, почему вместо этого оно не поднялось в небо.
После множества экспериментов и некоторых очень умных размышлений он пришел к выводу, что сила тяжести зависит от того, насколько тяжелые объекты, и что сила тяжести между объектами тем меньше, чем дальше они находятся друг от друга. Чтобы увидеть, как гравитация работает в нашей Вселенной, мы собираемся совершить путешествие с несколькими остановками по пути.
Прежде всего, мы пойдем в парк и сыграем в футбол. Когда вы подбрасываете футбольный мяч в воздух, гравитация Земли тянет его обратно. Но это не единственное, что происходит: гравитация футбольного мяча также действует на Землю. Дело в том, что Земля очень тяжелая — намного тяжелее футбольного мяча, поэтому на нее не влияет сила футбольного мяча, в то время как сам футбольный мяч опускается обратно на Землю.
Наша следующая остановка — Луна, и когда мы путешествуем в космос, есть большая вероятность, что вы увидите Солнце.Солнце намного больше Земли, а это означает, что его притяжение действительно очень мощное.
Вам может быть интересно, почему Земля (и все другие планеты) не падают просто на солнце, как футбольный мяч падает на Землю. Ответ заключается в том, что все планеты движутся, и баланс между силой тяжести и скоростью их движения (который исходит из того момента, когда они были впервые созданы, около 4,5 миллиардов лет назад) заставляет их вращаться вокруг Солнца.
Лети меня на Луну.Центр космических полетов имени Маршалла НАСА / Flickr., CC BY-NCКогда мы прибудем на Луну, вы увидите, что сила тяжести не везде одинакова. Это связано с тем, насколько тяжелым или массивным является объект. Если вы прыгнете на Луну, вы сможете подняться намного выше, чем на Земле. Это потому, что Земля больше Луны, поэтому сила между вами и Землей — то, что мы называем весом — больше, чем сила между вами и Луной. На Луне вы, кажется, весите меньше, чем на Земле, поэтому можете прыгать выше.
Наша последняя остановка — побережье. Сидя на пляже, вы можете видеть, как море постепенно приближается к вам — это прилив. Через некоторое время кажется, что море уходит дальше — теперь прилив уходит. Но на самом деле море не входит и не выходит — оно движется вверх и вниз. По мере повышения уровня моря вода приближается к вам, потому что пляж, на котором вы сидите, поднимается вверх от моря. По мере того, как уровень моря падает, вода удаляется от вас.
Это тоже эффект гравитации, и это происходит потому, что Луна находится близко к Земле. В отличие от футбольного мяча, Луна достаточно тяжелая, чтобы оказывать влияние — совсем небольшая, потому что Земля все еще намного тяжелее, — но этого достаточно, чтобы мы могли заметить, когда наблюдаем за приливами. Когда уровень воды поднимается, она тянется к Луне, и наступает прилив. Затем прилив уходит, и уровень воды падает, поскольку Луна вращается вокруг Земли.
Интересный вопрос: почему у нас нет огромных приливов, вызванных притяжением Солнца к Земле. Мы знаем, что Солнце намного больше Луны — так что, конечно же, оно должно притягивать к себе воду? На самом деле это так, но гораздо меньше, чем на Луне. Это потому, что, хотя Солнце намного больше Луны, оно намного, намного дальше — и сила тяжести становится тем слабее, чем больше расстояние между объектами.
Итак, в следующий раз, когда вы будете гонять футбольный мяч в парке, вы узнаете, как гравитация возвращает футбольный мяч на Землю.
Здравствуйте, любопытные детки! У вас есть вопрос, на который вы хотите дать ответ эксперта? Попросите кого-нибудь из взрослых прислать нам свой вопрос. Вы можете:
* Отправьте свой вопрос по адресу [email protected]
* Сообщите нам в Twitter, пометив @ConversationUK хэштегом #curiouskids или
* Напишите нам на Facebook.
Скажите, пожалуйста, свое имя, возраст и в каком городе вы живете.Вы также можете отправить аудиозапись своего вопроса, если хотите. Отправляйте сколько угодно вопросов! Мы не сможем ответить на все вопросы, но сделаем все, что в наших силах.
Статьи More Curious Kids, написанные академическими экспертами:
Эта статья была обновлена, чтобы более четко описать влияние гравитации между Землей, Луной и футбольным мячом, а также движение планет.
Урок гравитации, теории относительности, массы и веса
Согласно закону всемирного тяготения сэра Исаака Ньютона , все объекты, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Масса — это мера материи объекта (из чего он состоит). Чем больше масса объекта, тем больше его сила тяжести. Земля имеет сильную силу притяжения для объектов с меньшей массой (включая Луну), а Солнце имеет силу притяжения для Земли и других планет в нашей солнечной системе.
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна объясняет гравитацию по-другому. Эйнштейн предположил, что гравитация не является силой, а является результатом искривления пространства.Огромные объекты, такие как солнце, создают в космосе своего рода колодец, который заставляет планеты двигаться по изогнутым, а не прямым траекториям. Хотя есть доказательства, подтверждающие эту теорию, она не была достаточно проверена, чтобы стать научным законом.
Масса
определяется силой тяжести, притягивающей объект. Чем сильнее сила тяжести на объекте, тем больше его вес. В физике вес измеряется в ньютонах (Н) — обычной единице измерения силы. Чтобы рассчитать свой вес в ньютонах, измерьте свою массу на шкале (в фунтах) и умножьте ее на 4.5.
В отличие от массы, которая остается постоянной, вес зависит от действующей на него силы тяжести. Как вы думаете, что случилось бы с вашим весом, если бы вы оказались в месте, где сила гравитации была бы меньше? Вес будет меньше или больше? На Луне, где сила тяжести очень мала, вы будете весить меньше, чем на Земле. На планете Юпитер, где гравитация сильнее, вы будете весить намного больше, чем здесь. На Солнце гравитация настолько сильна, что вы весите примерно в 27 раз больше, чем на Земле! Однако масса вашего тела останется постоянной во всех этих ситуациях.
На иллюстрации показаны различия в весе в зависимости от большей или меньшей силы тяжести. Если бы ваш вес был 150 фунтов (фунтов) на Земле, то ваш вес на Луне был бы около 25 фунтов, а ваш вес на Солнце был бы около 4060 фунтов — чуть больше двух тонн!
Вес
ВесМасса
Свободно падающие объекты — это объекты, на которые ничто не опирается и на которые не воздействуют. любыми силами, кроме силы тяжести. Рядом с поверхностью Земля такие объекты ускоряются.Это ускорение связано с гравитационная сила, действующая между объектами и землей. В гравитационная сила, действующая на любой объект со стороны Земли, направлена к центру Земля. Его величина уменьшается на единицу на квадрате расстояния от центр земли.
Ссылка: Лаборатория силы тяжести (PhET)
Радиус Земли 6368 км. Если подняться на гору высотой 1000 м, ваше расстояние от центра Земли изменится на (1/6368) * 100% = 0.016% и величина гравитационная сила, действующая на вас, изменяется на (1/6368) 2 * 100% = 2,4 * 10 -6 %. Для всех объектов вблизи поверхности земли расстояние от центра почти постоянно, поэтому величина вектора гравитационной силы приблизительно равна постоянный. На малых расстояниях, когда искривление земной поверхности можно пренебречь направлением гравитационного вектор силы также почти постоянен.Он указывает прямо вниз к центр земли. Сила тяжести, действующая на объект, называется его вес .
Ускорение свободного падения
Предположим, вы стоите на платформе высотой 20 м с мячом в протянутая рука. При t = 0 вы отпускаете мяч, и он начинает падать к земле внизу. При t = 0 шар имеет нулевую скорость. Некоторое время спустя времени, но до того, как он упадет на землю, его скорость будет в нисходящем направлении. Его скорость увеличивается по мере падения. Мяч ускоряется. Почему падающий мяч ускоряется? Какая сила действует на него?
Сила тяжести действует на падающий мяч. На поверхности земли направление этой силы всегда вниз, к земле. Он тянет за собой все объекты массой.
По мере того, как объект набирает скорость, на него действуют и другие силы. В сила сопротивления движущегося объекта составляет всегда направлен против скорости объекта.Он всегда пытается замедлить объект. Величина этой силы зависит от формы объекта, его скорость и среда, в которой он движется. Для многих гладких и плотных объектов величина силы сопротивления на малых скоростях в воздухе очень мала по сравнению с гравитационная сила, и мы можем спокойно ею пренебречь.
Предположим, мы бросаем два гладких сферических объекта разной массы, например, шар для боулинга и шарик одновременно. Если сила тяжести воздействие на два объекта было одинаковым, тогда шар для боулинга меньше ускоряться и набирать меньшую скорость за то же время.Мрамор сначала упадет на пол. Однако в эксперименте два объекта попали в этаж почти одновременно. Они набирают одинаковую скорость за одно и то же время. Это значит что сила тяжести, действующая на шар для боулинга, должна иметь большее величина, чем сила тяжести, действующая на мрамор. Из Ньютона по второму закону имеем a = F g / m, где F г это сила тяжести.Если не зависит от массы объект, то масса m должна выпадать из уравнения. Сила тяжести воздействие на объект должно быть пропорционально массе объекта. Пишем
F г = m г .
Тогда a = g , где г называется ускорение силы тяжести. Рядом с поверхностью земная величина g = 9,8 м / с 2 и направление вниз.
У поверхности земли все объекты испытывают одинаковое ускорение из-за к силе тяжести в нисходящем направлении, независимо от их массы. В ускорение из-за сил трения всегда в направлении, противоположном скорость объекта и отличается от объекта к объекту. Однако когда мы оправдано пренебрежение трением, тогда можно сказать, что все упавшие предметы ускоряться с той же скоростью. Таким образом, свободно падающие объекты являются объектами, которые движутся с постоянным ускорением g .
Ссылки:
Масса и вес
Масса и вес — разные величины. Масса — скаляр . Это неотъемлемая свойство объекта, независимо от того, где и как оно измеряется. Это говорит нам, как трудно разогнать объект. Масса вектор . Это гравитационная сила, действующая на объект. Это зависит от расположения объекта. На поверхности Луны вес объект указывает на центр луны, и его величина равна приблизительно 1/6 величины его веса на поверхности земли.В масса объекта, т.е. его сопротивление ускорению, одинакова где угодно. Таким образом, величина ускорения свободного падения равна меньше на поверхности Луны, чем на поверхности Земли. если ты уронить объект у поверхности Луны, его скорость меняется медленнее затем скорость подобного объекта упала у поверхности земли.
Сила тяжести, действующая на объект, всегда пропорциональна массе объекта. объект.Но его величина и направление зависят от того, где находится объект. расположен во вселенной. Когда вы поднимаетесь над поверхностью земли, величина ускорения свободного падения уменьшается.
Проблема:
Сколько весит человек 60 кг на Земле?
Решение:
- Рассуждение:
Вес (величина) = F г = мг. - Детали расчета:
Вес = г F = мг = (60 кг) * (9.8 м / с 2 ) = 588 Н.
(588 Н) * (1 фунт-сила / 4,448 Н) = 132 фунт-сила
Проблема:
Питчер бросает бейсбольный мяч весом 1,4 Н со скоростью v = 32 i м / с за счет равномерного ускорения руки в течение 0,09 с. Если мяч
начинается с покоя,
(а) через какое расстояние проходит мяч
ускориться до его выпуска?
(б) Какую векторную силу она проявляет
в теме?
Решение:
- Рассуждение:
∆x = v xavg т расстояние, на которое мяч ускоряется.v xavg = (v f + v i ) / 2,
Мяч бросается из состояния покоя в направлении оси x.
Чистая сила на мяч составляет F x = ma x , a x = ( v f — v i ) / t.
F нетто = F кувшин + F г = F кувшин — mg j , ось Y направлена вверх.
F кувшин = F нетто + мг j , - Детали расчета:
(а) ∆x = v xavg t = (16 м / с) 0,09 с = 1,44 м расстояние, на которое мяч ускоряется.
(б) F нетто = m a это общая сила, действующая на мяч. a = ( v f — v i ) / t = (32 / 0,09) i м / с 2 = 356 i м / с 2 ,
, следовательно, F net = i [1.4 Н / (9,8 м / с 2 )] * 356 м / с 2 = i 50,8 Н — общая сила, действующая на шар.
Сила сила тяжести составляет 1,4 Н (- Дж ), которую должен уравновесить питчер.
Следовательно, она должна приложить силу (50,8 i + 1,4 j ) N вкл. шар.
Проблема:
Мужчина весом 800 Н стоит в лифте, идущем от
отдыхает и ускоряется со скоростью 2 м / с 2 вверх до конечной скорости
10 м / с.
(а) Какая сила действует на мужчину этажом лифта?
пока он ускоряется?
(б) Какая сила действует на мужчину этажом лифта?
пока он движется вверх с постоянной скоростью 10 м / с?
Решение:
- Рассуждение:
Это одномерная проблема. Пусть направление вверх будет положительный.
Чистая сила, действующая на человека, составляет франков нетто = -мг + франков пол . Ускорение человека a = F net / м. - Детали расчета:
(а) Человек ускоряется вверх, его ускорение 2 м / с 2 .
Чистая сила, действующая на человека: F net = -мг + F пол = м * 2м / с 2 .
F пол = мг + м * 2 м / с 2 = м (10 + 2) м / с 2 . (Для упрощения расчета возьмем g = 10 м / с 2 .)
Масса человека m = 800 Н / г = 80 кг.
F пол = 80 * 12 N = 960 N направлен вверх.
(b) Пока лифт и человек движутся с постоянной скоростью, F net = 0, F пол = mg = 800 Н, направлен вверх.
Силы поддержки
Твердые объекты несжимаемы. В общем, мы не можем протолкнуть твердую объект в другой твердый объект.
Примеры:
На полу кухни стоит стол. На стол действует гравитация, потянув его вниз.Но не ускоряется в землю. Нет ускорение подразумевает отсутствие чистой силы. Чистая сила на столе равна нулю. Земля оказывает на стол поддерживающую силу, равную по величине и в направлении, противоположном весу стола. Направление опорной силы перпендикулярно или перпендикулярно поверхности земли.
На столе лежит книга. Гравитация тянет его вниз, но стол оказывает на книгу опорную силу, равную по величине и в направлении, противоположном весу книги.Направление опорной силы перпендикулярно или нормальное на поверхность стола.
Гравитационные силы — Астрономия и космическая наука — KS3 Physics Revision
Люди часто путают массу и вес. Помните, что вес — это сила, действующая на массу, и измеряется в ньютонах, Н. Масса измеряется в килограммах, кг.
Масса
Масса объекта — это количество вещества или «вещества», которое он содержит. Чем больше материи содержит объект, тем больше его масса.Слон содержит больше вещества, чем мышь, поэтому имеет большую массу.
Масса измеряется в килограммах, кг. Объект весом 100 кг имеет большую массу, чем объект весом 5 кг. Масса объекта остается неизменной, где бы он ни находился. Таким образом, масса в 5 кг на Земле имеет массу в 5 кг на Луне.
Сила тяжести
Сила тяжести — это сила, притягивающая объекты друг к другу. Гравитация становится заметной только тогда, когда есть действительно массивный объект, такой как луна, планета или звезда. Нас тянет к земле из-за силы тяжести.Гравитационная сила тянется к центру любого объекта. Итак, мы притягиваемся к центру Земли.
«Вниз» — к центру Земли, где бы вы ни находились.Том Керсс, астроном из Королевской обсерватории в Гринвиче, говорит о гравитационных силах
Вес
Вес объекта — это сила тяжести между объектами и Земля. Вес объекта зависит от его массы и силы гравитационного поля.
Напряженность гравитационного поля обозначается символом g . Не путайте это с g для граммов. Вы можете использовать это уравнение для расчета веса объекта:
вес в N = масса в кг × напряженность гравитационного поля в Н / кг
На Земле g составляет около 10 Н / кг. Это означает, что объект массой 2 кг на поверхности Земли имеет вес 20 Н (2 кг × 10 Н / кг = 20 Н).
Масса и вес
Масса объекта остается неизменной, где бы он ни находился, но его вес может изменяться.Это происходит, если объект летит туда, где сила гравитационного поля отличается от силы гравитационного поля на Земле, например, в космос или на другую планету.
Луна меньше и имеет меньшую массу, чем Земля, поэтому сила ее гравитационного поля составляет лишь около одной шестой земной. Так, например, космонавт массой 120 кг весит 1200 Н на Земле, но только 200 Н на Луне. Помните, что их масса все равно будет 120 кг.
Астронавт весом 120 кг на Луне весит меньше, чем на ЗемлеТом Керсс, астроном из Королевской обсерватории в Гринвиче, о том, почему люди на Луне весят меньше
Джон Чейз объясняет, что масса объекта постоянна, но его вес зависит от силы тяжести
От чего зависит сила тяжести? — Мворганизация.org
От чего зависит сила тяжести?
Математически мы говорим, что сила тяжести напрямую зависит от масс объектов и обратно пропорционально расстоянию между объектами в квадрате. [F = G M1 M2 / D2] G в соотношении — это константа, которая называется универсальной гравитационной постоянной.
Зависит ли гравитация от энергии?
Нет, гравитацию нельзя использовать как бесконечный источник энергии. На самом деле, строго говоря, сама гравитация вообще не может использоваться в качестве источника энергии.Вы путаете силы с энергией, а это разные вещи. Энергия — это свойство объектов, таких как шары, атомы, световые лучи или батареи.
Иссякнет ли когда-нибудь сила тяжести?
Гравитационная сила — одна из четырех фундаментальных сил в природе. Вы не можете исчерпать силу тяжести, потому что она будет там, пока объект имеет конечную массу. Согласно теории относительности Эйнштейна, гравитация — это искривленное пространство-время, созданное любой конечной массой.
Можно ли обратить гравитацию вспять?
Сила тяжести — это притяжение между двумя объектами с массой.Чтобы иметь обратную гравитацию, вам понадобится отталкивающий эффект. Так что нет. Обратная гравитация невозможна.
Можно ли противостоять гравитации?
Вопрос: могут ли люди нарушить закон гравитации с помощью левитации, баланса или магнитных устройств. Рядом с Землей мы никогда не сможем избежать притяжения гравитации. Однако небольшие объекты можно левитировать с помощью эффекта, называемого диамагнетизмом.
Возможно ли антигравитационное устройство?
«Таким образом, простое экранирование силы тяжести невозможно.Это не только нарушило бы законы гравитации, но и обеспечило бы вечный двигатель, тем самым нарушив принцип сохранения энергии.
Как нейтрализовать гравитацию?
На данный момент не существует технологии для нейтрализации силы тяжести. Лучший способ приблизиться к ощущению невесомости на Земле — прокатиться на борту самолета, летящего по параболическим дугам, имитирующим форму арки ворот Сент-Луиса.
Является ли гравитация единственной силой притяжения?
Все мы знаем, что все силы в природе существуют в противоположностях, но гравитационная сила — единственная сила, которая всегда привлекает каждый объект и никогда не пополняет его.
Почему гравитация только сила притяжения?
Почему гравитация только сила притяжения? Потому что масса всегда положительна. Есть разные понятия массы, но они эквивалентны. В механике Ньютона неявно предполагается, что гравитационная и инертная масса одинаковы.
Является ли гравитация силой отталкивания?
Показано, что уменьшение гравитационной массы системы из-за испускания гравитационных волн приводит к отталкивающей гравитационной силе, которая со временем уменьшается, но никогда не исчезает.Эта сила отталкивания может быть связана с наблюдаемым расширением Вселенной.
Какие четыре силы существуют в природе?
Если вы помните физику, которую изучали в школе, возможно, вы вспомнили о четырех фундаментальных силах природы. Они ни в коем случае не относятся к гравитации, электромагнетизму, слабому ядерному взаимодействию и сильному ядерному взаимодействию.
Сколько сил в природе?
Четыре
Почему гравитация самая слабая сила?
На самом деле гравитация — самая слабая из четырех фундаментальных сил.Поскольку у них обоих есть масса, два протона оказывают друг на друга гравитационное притяжение. Поскольку у них обоих есть положительный электрический заряд, они оба оказывают друг на друга электромагнитное отталкивание.
Что такое 4 силы бегства?
Эти же четыре силы помогают самолету летать. Четыре силы — это подъемная сила, тяга, сопротивление и вес.
Как летают самолеты по принципу Бернулли?
Поскольку высокое давление всегда движется к низкому давлению, воздух под крылом толкается вверх по направлению к воздуху над крылом.Затем посередине крыло «поднимается» силой воздуха, перпендикулярного крылу. Чем быстрее движется самолет, тем больше подъемная сила.
