Ускорение силы тяжести и ускорение свободного падения. Приборы для измерения ускорения свободного падения

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ.

Открыт Ньютоном в 1667 году на основе анализа движения планет (з-ны Кеплера) и, в частности, Луны. В этом же направлении работали Р.Гук (оспаривал приоритет) и Р.Боскович.

Все тела взаимодействуют друг с другом с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Закон справедлив для:

  1. Однородных шаров.
  2. Для материальных точек.
  3. Для концентрических тел.

Гравитационное взаимодействие существенно при больших массах.

Примеры:      

 Притяжение электрона к протону в атоме водорода   » 2×10-11 Н.

Тяготение между Землей и Луной» 2×1020 Н.

Тяготение между Солнцем и Землей » 3,5×1022 Н.

Применение:

  1. Закономерности движения планет и их спутников. Уточнены законы Кеплера.
  2. Космонавтика. Расчет движения спутников.

Внимание!:

  1. Закон не объясняет причин тяготения, а только устанавливает количественные закономерности.
  2. В случае взаимодействия трех и более тел задачу о движении тел нельзя решить в общем виде. Требуется учитывать «возмущения», вызванные другими телами (открытие Нептуна Адамсом и Леверье в 1846 г. и Плутона в 1930).
  3. В случае тел произвольной формы требуется суммировать взаимодействия между малыми частями каждого тела.

Анализ закона:

  1. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей тела.
  2. G — постоянная всемирного тяготения (гравитационная постоянная). Числовое значение зависит от выбора системы единиц.

В Международной системе единиц (СИ)        G=6,67.10-11 .

G=6,67.10-11

Впервые прямые измерения гравитационной постоянной провел Г. Кавендиш с помощью крутильных весов в 1798 г.

Пусть m1=m2=1 кгR=1 м, тогда: G=F (численно).

Физический смысл гравитационной постоянной:

гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, действующей между двумя точечными телами массой по 1 кг каждое, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга.

То, что гравитационная постоянная G очень мала показывает, что интенсивность гравитационного взаимодействия мала.

СИЛА ТЯЖЕСТИ

Сила тяжести — это сила притяжения тел к Земле (к планете).

 — из закона Всемирного тяготения. (где — масса планеты, m — масса тела, R — расстояние до центра планеты).

 — сила тяжести из второго закона Ньютона (где m — масса тела, g — ускорение силы тяжести).

  — ускорение силы тяжести не зависит от массы тела (опыты Галилея).

g0=9,81 м/с2 — на поверхности Земли

Если обозначить  радиус планеты, а — расстояние до тела от поверхности планеты, то: 

Ускорение силы тяжести зависит:

  1. Массы планеты.
  2. Радиуса планеты.
  3. От высоты над поверхностью планеты.
  4. От географической широты (на полюсах — 9,83 м/с2. на экваторе — 9,79 м/с2.
  5. От залежей полезных ископаемых.

Физика > Сила тяжести

Гравитационная энергия – потенциальная, связанная с гравитацией, необходимой для выполнения работы по смещению объектов.

Задача обучения

  • Создать формулу для выражения гравитационной потенциальной энергии возле поверхности.

Основные пункты

  • Гравитационная потенциальная энергия возле поверхности может передаваться как PE = mgh (g – гравитационное ускорение, достигающее 9.8 м/с2). Возле земной поверхности g можно считать постоянной.
  • Однако при серьезных переменах в дистанции придется использовать общую формулу:
  • Если мы согласны, что константа интегрирования приравнивается к нулю, тогда это касается и потенциала на бесконечность.

Термин

  • Консервативная сила – по свойствам напоминает работу, осуществляемую в момент смещения частицы. Не зависит от дистанции.

Как определить силу тяжести и чему она равна? Гравитационная энергия – потенциальная, связанная с гравитационной силой, необходимой для выполнения работы. Она обусловливается гравитационной потенциальной энергией, как в примере с плотиной Гувера, где воде удается удерживаться на возвышенном резервуаре. Если тело падает внутри гравитационного поля, то сила тяжести выполнит положительную работу, а гравитационная энергия уменьшится на ту же величину.

Плотина Гувера применяет накопленную гравитационную потенциальную энергию, чтобы создать электроэнергию

Потенциальная возле Земли

Гравитационную потенциальную энергию возле Земли можно передать относительно высоты поверхности: PE = mgh (g – гравитационное ускорение, достигающее 9.8 м/с2). Возле земной поверхности g можно считать постоянной.

Общая формула

Однако дистанция может быть существенной, поэтому g не способна оставаться постоянной. Тогда приходится применять другие математические формулы, чтобы выразить гравитационную потенциальную энергию. Для этого можно интегрировать гравитацию, чья величина задается законом притяжения Ньютона. В итоге получаем:

где К – постоянная интегрирования. Расчеты упрощаются, если K = 0, а U – отрицательное. Тогда потенциал на бесконечности приравнивается к нулю.

Раздел Физика

Введение

Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, находящееся вблизи ее поверхности, называ­ется силой тяжести.

То, что Земля притягивает к себе все тела, находящиеся на ее поверхности и вблизи нее (деревья, воду, дома, Луну и т. д.), или явление тяготения, следует из простых наблюдений за окружающим миром. Так, мяч, брошенный в горизонтальном направлении, через некоторое вре­мя оказывается на земле; камень, выпущенный из рук, падает вниз; прыгнувший вверх человек вскоре снова оказывается внизу. Благодаря явлению тяготения искусственный спутник, запущен­ный с Земли, летит не по прямой, а движется вокруг Земли.

Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, к центру Земли. Обозначается она обыч­но латинской буквой со значком «т» (тяжесть) внизу —Ft . Сила тяжести приложена к центру тяжести тела.

Центр тяжести тела произвольной формы находят так: подвешивают тело на нити за разные его точки. Точка пересечения всех направлений, отмеченных нитью, и будет центром тяжести тела. Для тел правильной формы центр тяжести находится в центре симметрии тела, и точка эта не обязательно принадлежит телу (например, центр симметрии кольца).

Сила тяжести для тела, находящегося вблизи поверхности Земли, равна:

2

где М3 — масса Земли, т — масса тела, — радиус Земли.

Согласно второму закону Ньютона, сила тяжести может быть определена как произведение массы тела на ускорение, которое в данном случае называетсяускорением свободного падения g :

FT = mg .

Сопоставляя две последние формулы, получим выражение для ускорения свободного па­дения:

GM ,

Таким образом, ускорение, с которым тело падает на землю, — ускорение свободного паде­ния — не зависит от массы тела, а также от других его характеристик (объема, плотности и т. д.) Вблизи поверхности Земли оно составляет 9,8 м/с2.

Земной шар немного сплюснут у полюсов, поэтому тела, находящиеся около полюсов, распо­ложены немного ближе к центру Земли. В связи с этим сила тяжести на полюсе немного больше, чем на экваторе и других широтах (на экваторе = 9,78 м/с2, на Северном полюсе g = 9,832 м/с2).

Предмет:  Физика

Физические величины: сила тяжести:

​​​​​​​Сила тяжести (сила притяжения Земли) — мощнейшая сила, которая действует абсолютно на все тела на Земле — это притяжение самой Земли к себе.

Киньте камень, он упадет, споткнитесь сами,… итог ясен, дождь тоже почему-то не идет вверх, а падает вниз, а подвешенный на резинке груз, как вы помните, растягивал её вниз. Что бы ни случилось, всё вблизи нашей планеты падает на Землю. Это для нас естественно и знакомо с детства.

Сила тяжести к Земле обозначается: Fтяж

Даже Луна притягивается к Земле, поэтому, никогда не улетает от нас.

А сама Земля притягивается к Солнцу и летает вокруг него.

Т.е. все тела во Вселенной притягиваются друг к другу — это всемирное тяготение тел.

И чем больше масса тел, тем больше притяжение.

И чем ближе расстояние между телами, тем притяжение больше.

Т.е. если отлететь от Земли на достаточное расстояние, то она уже не сможет притягивать к себе.

Чтобы к себе не притягивало Солнце (которое имеет массу в 333 000 раз большую, чем Земля), надо просто тоже отлететь от него достаточно далеко.

Сила тяжести – величина, на которую тело притягивается к земле под действием ее притяжения. Данный показатель напрямую зависит от веса человека или массы предмета. Чем больше вес, тем он выше. В этой статье мы расскажем, как найти силу тяжести.

1Из школьного курса физики: сила притяжения прямо пропорциональна весу тела. Рассчитать величину можно по формуле F=m*g, где g – коэффициент, равный 9,8 м/с2. Соответственно для человека, который весит 100 кг, сила притяжения равна 980. Стоит отметить, что на практике все немного иначе, и на силу тяжести влияет множество факторов.

Факторы, влияющие на силу тяжести:

  • расстояние от земли;
  • географическое расположение тела;
  • время суток.

image

2Запомните, что на северном полюсе постоянная g равна не 9,8, а 9,83. Это возможно из-за наличия в земле залежей полезных ископаемых, которые обладают магнитными свойствами. Незначительно увеличивается коэффициент в местах залежей железной руды. На экваторе коэффициент равен 9,78.

image

3Если тело находится не на земле или в движении, то для определения силы притяжения необходимо знать ускорение предмета. Для этого можно воспользоваться специальными приборами – секундомером, спидометром или акселерометром. Для расчета ускорения определите конечную и начальную скорости движения объекта. Отнимите от конечной величины начальную скорость, а полученную разницу разделите на время, за которое предмет прошел расстояние.

image

4Можно подсчитать ускорение, подвигав предмет. Для этого необходимо передвинуть тело из состояния покоя. Теперь расстояние умножьте на два. Полученную величину разделите на время, возведенное в квадрат. Этот способ расчета ускорения подходит, если тело вначале находится в состоянии покоя.

image

5Если имеется спидометр, то для определения ускорения необходимо возвести в квадрат начальную и конечную скорости тела. Найдите разницу квадратов конечной и начальной скоростей. Полученный результат разделите на время, умноженное на 2. Если тело движется по окружности, то оно имеет свое ускорение, даже при постоянной скорости. Для нахождения ускорения возведите скорость тела в квадрат и разделите на радиус окружности, по которой оно движется. Радиус необходимо указывать в метрах.

image

6Для определения мгновенного ускорения используйте акселерометр. Если вы получили отрицательное значение ускорения, это значит, что предмет тормозит, то есть его скорость уменьшается. Соответственно при положительном значении предмет разгоняется, а его скорость увеличивается. Помните, коэффициент 9,8 можно использовать лишь в том случае, если сила тяжести определяется для предмета, который находится на земле. Если тело установлено на опору, следует учесть сопротивление опоры. Эта величина зависит от материала, из которого изготовлена опора.

Если тело волочат не в горизонтальном направлении, то стоит взять во внимание угол, на который отклоняется предмет от горизонта. В итоге формула будет иметь следующий вид: F=m*g – Fтяги*sin. Измеряется сила тяжести в ньютонах. Для проведения расчетов используйте скорость, измеренную в м/с. Для этого поделите скорость в км/час на 3,6.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий