Šta je gravitacija u fizici. Gravitacija, formule. Šematski prikaz sila koje djeluju na tijelo

Gravitacija je sila kojom Zemlja privlači tijelo koje se nalazi blizu njene površine. .

Fenomen gravitacije se može posmatrati svuda u svetu oko nas. Bačena lopta pada dole, kamen bačen horizontalno će nakon nekog vremena završiti na zemlji. Veštački satelit lansiran sa Zemlje, usled dejstva gravitacije, ne leti pravolinijski, već se kreće oko Zemlje.

Gravitacija uvijek usmjerena okomito prema dolje, prema centru Zemlje. Označava se latiničnim slovom F t (T- težina). Sila gravitacije se primjenjuje na težište tijela.

Da biste pronašli težište proizvoljnog oblika, trebate objesiti tijelo na konac na različitim tačkama. Tačka presjeka svih smjerova označenih navojem bit će težište tijela. Težište tijela pravilnog oblika nalazi se u centru simetrije tijela i nije neophodno da pripada tijelu (npr. centar simetrije prstena).

Za tijelo koje se nalazi blizu površine Zemlje, sila gravitacije je jednaka:

gdje je masa Zemlje, m- tjelesna masa, R- radijus Zemlje.

Ako samo ova sila djeluje na tijelo (a sve ostale su u ravnoteži), onda ono prolazi kroz slobodan pad. Ubrzanje ovog slobodnog pada može se pronaći primjenom Newtonovog drugog zakona:

(2)

Iz ove formule možemo zaključiti da ubrzanje gravitacije ne ovisi o masi tijela m, dakle, isti je za sva tijela. Prema drugom Newtonovom zakonu, gravitacija se može definirati kao proizvod mase tijela i njegovog ubrzanja (u ovom slučaju ubrzanja uslijed gravitacije g);

Gravitacija, koji djeluje na tijelo, jednak je proizvodu mase tijela i ubrzanja sile teže.

Kao i drugi Newtonov zakon, formula (2) vrijedi samo u inercijalnim referentnim okvirima. Na površini Zemlje inercijski referentni sistemi mogu biti samo sistemi povezani sa Zemljinim polovima, koji ne učestvuju u njenoj dnevnoj rotaciji. Sve ostale tačke na zemljinoj površini kreću se u krugovima sa centripetalnim ubrzanjima i referentni sistemi povezani sa tim tačkama su neinercijalni.

Zbog rotacije Zemlje, ubrzanje gravitacije na različitim geografskim širinama je različito. Međutim, ubrzanje gravitacije u različitim dijelovima globusa varira vrlo malo i vrlo se malo razlikuje od vrijednosti izračunate po formuli

Stoga se u grubim proračunima zanemaruje neinercijalnost referentnog sistema povezanog sa površinom Zemlje, a ubrzanje slobodnog pada smatra se svugdje isto.

Definicija 1

Smatra se da je sila gravitacije primijenjena na težište tijela, a određena je vješanjem tijela o konac sa njegovih različitih tačaka. U ovom slučaju, tačka presjeka svih smjerova koji su označeni navojem smatrat će se težištem tijela.

Koncept gravitacije

U fizici se gravitacija smatra silom koja djeluje na bilo koje fizičko tijelo koje se nalazi blizu površine zemlje ili drugog astronomskog tijela. Sila gravitacije na površini planete po definiciji će se sastojati od gravitacionog privlačenja planete, kao i centrifugalne sile inercije izazvane dnevnom rotacijom planete.

Ostale sile (na primjer, privlačenje Sunca i Mjeseca) zbog svoje malenosti se ne uzimaju u obzir ili se proučavaju odvojeno u obliku privremenih promjena u Zemljinom gravitacijskom polju. Sila gravitacije daje jednako ubrzanje svim tijelima, bez obzira na njihovu masu, dok predstavlja konzervativnu silu. Izračunava se na osnovu formule:

$\vec (P) = m\vec(g)$,

gdje je $\vec(g)$ ubrzanje koje tijelu daje gravitacija, označeno kao ubrzanje gravitacije.

Osim gravitacije, na tijela koja se kreću u odnosu na površinu Zemlje direktno djeluje i Coriolisova sila, sila koja se koristi u proučavanju kretanja materijalne tačke u odnosu na rotirajući referentni okvir. Povezivanje Coriolisove sile sa fizičkim silama koje djeluju na materijalnu tačku omogućit će da se uzme u obzir učinak rotacije referentnog sistema na takvo kretanje.

Važne formule za proračun

Prema zakonu univerzalne gravitacije, sila gravitacionog privlačenja koja djeluje na materijalnu tačku s masom $m$ na površini astronomskog sferno simetričnog tijela s masom $M$ bit će određena relacijom:

$F=(G)\frac(Mm)(R^2)$, gdje je:

$G$-gravitaciona konstanta,
$R$ je poluprečnik tijela.

Ovaj odnos se ispostavlja validnim ako pretpostavimo sferno simetričnu raspodjelu mase po volumenu tijela. Tada se sila gravitacionog privlačenja usmjerava direktno na centar tijela.

Modul centrifugalne inercijalne sile $Q$ koja djeluje na materijalnu česticu izražava se formulom:

$Q = maw^2$, gdje je:

$a$ je udaljenost između čestice i ose rotacije astronomskog tijela koje se razmatra,
$w$ je ugaona brzina njegove rotacije. U tom slučaju centrifugalna sila inercije postaje okomita na os rotacije i usmjerena je od nje.

U vektorskom formatu, izraz za centrifugalnu silu inercije piše se na sljedeći način:

$\vec(Q) = (mw^2\vec(R_0))$, gdje je:

$\vec (R_0)$ je vektor okomit na os rotacije, koji je povučen od njega do određene materijalne tačke koja se nalazi blizu površine Zemlje.

U ovom slučaju, sila gravitacije $\vec (P)$ bit će ekvivalentna zbroju $\vec (F)$ i $\vec (Q)$:

$\vec(P) = \vec(F) = \vec(Q)$

Zakon privlačenja

Bez prisustva gravitacije, nastanak mnogih stvari koje nam se sada čine prirodnim bilo bi nemoguće: na primjer, ne bi bilo lavina koje se spuštaju s planina, riječnih tokova ili kiše. Zemljina atmosfera se može održavati isključivo gravitacijom. Planete sa manjom masom, na primjer, Mjesec ili Merkur, izgubile su cijelu atmosferu prilično brzim tempom i postale bespomoćne protiv strujanja agresivnog kosmičkog zračenja.

Zemljina atmosfera odigrala je odlučujuću ulogu u procesu formiranja života na Zemlji, njenom. Osim gravitacije, na Zemlju djeluje i gravitacijska sila Mjeseca. Zbog njene neposredne blizine (na kosmičkoj skali), na Zemlji su moguće oseke i oseke, a mnogi biološki ritmovi se poklapaju sa lunarnim kalendarom. Stoga se gravitacija mora posmatrati kao koristan i važan zakon prirode.

Napomena 2

Zakon privlačenja smatra se univerzalnim i može se primijeniti na bilo koja dva tijela koja imaju određenu masu.

U situaciji kada se ispostavi da je masa jednog tijela u interakciji mnogo veća od mase drugog, govorimo o posebnom slučaju gravitacijske sile, za koju postoji poseban termin, kao što je "gravitacija". Primjenjivo je na probleme usmjerene na određivanje sile gravitacije na Zemlji ili drugim nebeskim tijelima. Prilikom zamjene vrijednosti gravitacije u formulu drugog Newtonovog zakona, dobijamo:

Ovdje je $a$ ubrzanje gravitacije, koje tjera tijela da teže jedno prema drugom. U problemima koji uključuju upotrebu ubrzanja gravitacije, takvo ubrzanje se označava slovom $g$. Koristeći svoj vlastiti integralni račun, Njutn je bio u stanju da matematički dokaže stalnu koncentraciju gravitacije u centru većeg tela.

Potrebno je znati tačku primjene i smjer svake sile. Važno je znati koje sile djeluju na tijelo iu kom smjeru. Sila se označava kao , mjerena u Njutnima. Kako bi se razlikovale sile, one su označene na sljedeći način

Ispod su glavne sile koje djeluju u prirodi. Nemoguće je izmisliti sile koje ne postoje prilikom rješavanja problema!

U prirodi postoje mnoge sile. Ovdje razmatramo sile koje se razmatraju u školskom predmetu fizike kada se proučava dinamika. Pominju se i druge sile, o čemu će biti reči u drugim poglavljima.

Gravitacija

Na svako telo na planeti utiče Zemljina gravitacija. Formulom je određena sila kojom Zemlja privlači svako tijelo

Tačka primjene je u centru gravitacije tijela. Gravitacija uvijek usmjerena okomito prema dolje.

Sila trenja

Hajde da se upoznamo sa silom trenja. Ova sila nastaje kada se tijela kreću i dvije površine dođu u kontakt. Sila nastaje zato što površine, kada se posmatraju pod mikroskopom, nisu tako glatke kako izgledaju. Sila trenja određena je formulom:

Sila se primjenjuje na mjestu dodira dvije površine. Usmjereno u smjeru suprotnom od kretanja.

Reakciona sila tla

Zamislimo veoma težak predmet koji leži na stolu. Stol se savija pod težinom predmeta. Ali prema trećem Newtonovom zakonu, sto djeluje na predmet s potpuno istom silom kao i predmet na stolu. Sila je usmjerena suprotno sili kojom predmet pritiska sto. Odnosno gore. Ova sila se naziva reakcija tla. Ime sile "govori" podrška reaguje. Ova sila se javlja kad god postoji udar na oslonac. Priroda njegove pojave na molekularnom nivou. Činilo se da objekt deformiše uobičajeni položaj i veze molekula (unutar stola), a oni zauzvrat nastoje da se vrate u prvobitno stanje, „odupiru se“.

Apsolutno svako tijelo, čak i vrlo lagano (na primjer, olovka koja leži na stolu), deformira oslonac na mikro nivou. Stoga dolazi do reakcije tla.

Ne postoji posebna formula za pronalaženje ove sile. Označava se slovom , ali ova sila je jednostavno posebna vrsta sile elastičnosti, pa se može označiti i kao

Sila se primjenjuje na mjestu kontakta predmeta sa osloncem. Usmjeren okomito na oslonac.

Pošto je telo predstavljeno kao materijalna tačka, sila se može predstaviti iz centra

Elastična sila

Ova sila nastaje kao rezultat deformacije (promjene u početnom stanju tvari). Na primjer, kada rastegnemo oprugu, povećavamo udaljenost između molekula materijala opruge. Kada pritisnemo oprugu, smanjujemo je. Kada se uvijamo ili pomeramo. U svim ovim primjerima javlja se sila koja sprječava deformaciju - sila elastičnosti.

Hookeov zakon

Sila elastičnosti je usmjerena suprotno od deformacije.

Pošto je telo predstavljeno kao materijalna tačka, sila se može predstaviti iz centra

Prilikom serijskog povezivanja opruga, na primjer, krutost se izračunava pomoću formule

Kada je spojen paralelno, krutost

Krutost uzorka. Youngov modul.

Youngov modul karakterizira elastična svojstva tvari. Ovo je konstantna vrijednost koja ovisi samo o materijalu i njegovom fizičkom stanju. Karakterizira sposobnost materijala da se odupre vlačnoj ili tlačnoj deformaciji. Vrijednost Youngovog modula je tabelarno.

Pročitajte više o svojstvima čvrstih materija.

Tjelesna težina

Težina tijela je sila kojom predmet djeluje na oslonac. Kažete, ovo je sila gravitacije! Zabuna se javlja u sljedećem: zaista, često je težina tijela jednaka sili gravitacije, ali su te sile potpuno različite. Gravitacija je sila koja nastaje kao rezultat interakcije sa Zemljom. Težina je rezultat interakcije s podrškom. Sila gravitacije se primjenjuje na težište predmeta, dok je težina sila koja se primjenjuje na oslonac (ne na predmet)!

Ne postoji formula za određivanje težine. Ova sila je označena slovom.

Reakciona sila oslonca ili sila elastičnosti nastaje kao odgovor na udar predmeta o ovjes ili oslonac, stoga je težina tijela uvijek brojčano ista kao i sila elastičnosti, ali ima suprotan smjer.

Sila i težina reakcije oslonca su sile iste prirode; prema Newtonovom 3. zakonu, jednake su i suprotno usmjerene. Težina je sila koja djeluje na oslonac, a ne na tijelo. Na tijelo djeluje sila gravitacije.

Tjelesna težina možda nije jednaka gravitaciji. Može biti više ili manje, ili može biti da je težina nula. Ovo stanje se zove bestežinsko stanje. Betežinsko stanje je stanje kada predmet ne stupa u interakciju sa osloncem, na primjer, stanje leta: postoji gravitacija, ali je težina nula!

Moguće je odrediti smjer ubrzanja ako odredite gdje je usmjerena rezultujuća sila

Imajte na umu da je težina sila, mjerena u Njutnima. Kako tačno odgovoriti na pitanje: "Koliko si težak"? Odgovaramo na 50 kg, ne imenujući našu težinu, već našu masu! U ovom primjeru, naša težina je jednaka gravitaciji, odnosno otprilike 500N!

Preopterećenje- odnos težine i gravitacije

Arhimedova sila

Sila nastaje kao rezultat interakcije tijela s tekućinom (gasom), kada je uronjeno u tekućinu (ili plin). Ova sila gura tijelo iz vode (gasa). Stoga je usmjerena vertikalno prema gore (gura). Određeno formulom:

U vazduhu zanemarujemo Arhimedovu moć.

Ako je Arhimedova sila jednaka sili gravitacije, tijelo lebdi. Ako je Arhimedova sila veća, onda se izdiže na površinu tečnosti, ako je manja, tone.

Električne sile

Postoje sile električnog porijekla. Javlja se u prisustvu električnog naboja. Ove sile, kao što su Kulonova sila, Amperova sila, Lorentzova sila, detaljno su obrađene u odeljku Elektrika.

Šematski prikaz sila koje djeluju na tijelo

Često se tijelo modelira kao materijalna tačka. Stoga se u dijagramima različite točke primjene prenose u jednu tačku - u centar, a tijelo je shematski prikazano kao krug ili pravokutnik.

Da bi se pravilno odredile sile, potrebno je navesti sva tijela s kojima ispitano tijelo stupa u interakciju. Odredite šta se dešava kao rezultat interakcije sa svakim od njih: trenje, deformacija, privlačenje ili možda odbijanje. Odredite vrstu sile i ispravno naznačite smjer. Pažnja! Količina sila će se poklopiti s brojem tijela s kojima dolazi do interakcije.

Glavna stvar koju treba zapamtiti

1) Sile i njihova priroda;
2) Pravac snaga;
3) Biti u stanju da identifikuje sile koje deluju

Postoji vanjsko (suvo) i unutrašnje (viskozno) trenje. Spoljno trenje nastaje između dodirujućih čvrstih površina, unutrašnje trenje nastaje između slojeva tečnosti ili gasa tokom njihovog relativnog kretanja. Postoje tri vrste vanjskog trenja: statičko trenje, trenje klizanja i trenje kotrljanja.

Trenje kotrljanja određuje se formulom

Sila otpora nastaje kada se tijelo kreće u tekućini ili plinu. Veličina sile otpora ovisi o veličini i obliku tijela, brzini njegovog kretanja i svojstvima tekućine ili plina. Pri malim brzinama kretanja, sila otpora je proporcionalna brzini tijela

Pri velikim brzinama proporcionalan je kvadratu brzine

Razmotrimo međusobnu privlačnost objekta i Zemlje. Između njih, prema zakonu gravitacije, nastaje sila

Sada uporedimo zakon gravitacije i silu gravitacije

Veličina ubrzanja zbog gravitacije zavisi od mase Zemlje i njenog poluprečnika! Tako je moguće izračunati s kojim će ubrzanjem padati objekti na Mjesecu ili na bilo kojoj drugoj planeti, koristeći masu i polumjer te planete.

Udaljenost od središta Zemlje do polova je manja nego do ekvatora. Stoga je ubrzanje gravitacije na ekvatoru nešto manje nego na polovima. Istovremeno, treba napomenuti da je glavni razlog ovisnosti ubrzanja gravitacije o geografskoj širini područja činjenica rotacije Zemlje oko svoje ose.

Kako se udaljavamo od Zemljine površine, sila gravitacije i ubrzanje gravitacije mijenjaju se obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti do centra Zemlje.

Apsolutno sva tijela u Univerzumu su pod utjecajem magične sile koja ih nekako privlači na Zemlju (tačnije u njeno jezgro). Nema se gdje pobjeći, nigdje se sakriti od sveobuhvatne magične gravitacije: planete našeg Sunčevog sistema privlače ne samo ogromno Sunce, već i jedni druge, svi objekti, molekuli i najmanji atomi također se međusobno privlače . poznat čak i maloj djeci, posvetivši svoj život proučavanju ovog fenomena, uspostavio je jedan od najvećih zakona - zakon univerzalne gravitacije.

Šta je gravitacija?

Definicija i formula su mnogima odavno poznate. Podsjetimo da je gravitacija određena veličina, jedna od prirodnih manifestacija univerzalne gravitacije, naime: sila kojom se bilo koje tijelo neprestano privlači na Zemlju.

Gravitacija je označena latiničnim slovom F gravitacija.

Gravitacija: formula

Kako izračunati smjer prema određenom tijelu? Koje druge količine trebate znati za ovo? Formula za izračunavanje gravitacije je prilično jednostavna, uči se u 7. razredu srednje škole, na početku kursa fizike. Da bi ga ne samo naučili, već i razumjeli, treba poći od činjenice da je sila gravitacije, koja uvijek djeluje na tijelo, direktno proporcionalna njegovoj kvantitativnoj vrijednosti (masi).

Jedinica gravitacije je dobila ime po velikom naučniku - Njutnu.

Uvek je usmerena striktno naniže, prema centru Zemljinog jezgra, zahvaljujući njegovom uticaju sva tela padaju naniže ravnomernim ubrzanjem. Fenomene gravitacije u svakodnevnom životu posmatramo svuda i stalno:

predmeti, slučajno ili namjerno pušteni iz ruku, nužno padaju na Zemlju (ili na bilo koju površinu koja sprječava slobodan pad);
satelit lansiran u svemir ne odleti od naše planete na neodređenu udaljenost okomito prema gore, već ostaje da se rotira u orbiti;
sve rijeke teku iz planina i ne mogu se vratiti;
ponekad osoba padne i ozlijedi se;
sitne čestice prašine talože se na svim površinama;
vazduh je koncentrisan blizu površine zemlje;
teško prenosive torbe;
kiša kaplje iz oblaka, pada snijeg i grad.

Uz koncept "gravitacije" koristi se i termin "tjelesna težina". Ako se tijelo postavi na ravnu horizontalnu podlogu, tada su mu težina i gravitacija brojčano jednake, pa se ova dva pojma često zamjenjuju, što nikako nije točno.

Ubrzanje gravitacije

Koncept "ubrzanja gravitacije" (drugim riječima, povezan je s pojmom "sila gravitacije". Formula pokazuje: da biste izračunali silu gravitacije, morate masu pomnožiti sa g (ubrzanje gravitacije) .

"g" = 9,8 N/kg, ovo je konstantna vrijednost. Međutim, preciznija mjerenja pokazuju da je zbog rotacije Zemlje vrijednost ubrzanja St. n. nije isto i zavisi od geografske širine: na sjevernom polu je = 9,832 N/kg, a na vrućem ekvatoru = 9,78 N/kg. Ispostavilo se da su na različitim mjestima na planeti različite sile gravitacije usmjerene prema tijelima jednake mase (formula mg i dalje ostaje nepromijenjena). Za praktične proračune odlučeno je da se dopuste manje greške u ovoj vrijednosti i koristi se prosječna vrijednost od 9,8 N/kg.

Proporcionalnost takve veličine kao što je gravitacija (formula to dokazuje) omogućava vam da izmjerite težinu predmeta dinamometrom (slično običnom kućnom poslu). Imajte na umu da uređaj pokazuje samo snagu, jer regionalna g vrijednost mora biti poznata da bi se odredila točna tjelesna težina.

Djeluje li gravitacija na bilo kojoj udaljenosti (i blizu i daleko) od Zemljinog centra? Newton je pretpostavio da djeluje na tijelo čak i na značajnoj udaljenosti od Zemlje, ali njegova vrijednost opada obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti od objekta do Zemljinog jezgra.

Gravitacija u Sunčevom sistemu

Postoji li definicija i formula za druge planete koje ostaju relevantne. Sa samo jednom razlikom u značenju "g":

na Mesecu = 1,62 N/kg (šest puta manje nego na Zemlji);
na Neptunu = 13,5 N/kg (skoro jedan i po puta više nego na Zemlji);
na Marsu = 3,73 N/kg (više od dva i po puta manje nego na našoj planeti);
na Saturnu = 10,44 N/kg;
na Merkuru = 3,7 N/kg;
na Veneri = 8,8 N/kg;
na Uranu = 9,8 N/kg (skoro isto kao i kod nas);
na Jupiteru = 24 N/kg (skoro dva i po puta više).

Nisam razumio lekciju fizike i ne znam kako odrediti gravitaciju!

Odgovori

Gravitacija je svojstvo tijela s masom da se privlače jedno drugo. Tijela koja imaju masu uvijek se privlače jedno drugom. Privlačenje tijela s vrlo velikim masama u astronomskoj skali stvara značajne sile zbog kojih je svijet onakav kakav ga poznajemo.

Sila gravitacije je uzrok Zemljine gravitacije, koja uzrokuje da objekti padaju prema njoj. Zahvaljujući sili gravitacije, Mjesec rotira oko Zemlje, Zemlja i druge planete oko Sunca, a Sunčev sistem oko centra Galaksije.

U fizici, gravitacija je sila kojom tijelo djeluje na oslonac ili vertikalni ovjes. Ova sila je uvijek usmjerena vertikalno naniže.

F je sila kojom tijelo djeluje. Mjeri se u njutnima (N).
m je masa (težina) tijela. Izmjereno u kilogramima (kg)
g je ubrzanje slobodnog pada. Mjeri se u njutnima podijeljeno s kilogramima (N/kg). Njegova vrijednost je konstantna i u prosjeku po površini zemlje iznosi 9,8 N/kg.

Kako odrediti silu privlačenja?

primjer:

Neka masa kofera bude 15 kg, a zatim da pronađemo silu privlačenja kofera na Zemlju koristićemo formulu:

F= m*g = 15*9,8 = 147 N.

Odnosno, sila privlačenja kofera je 147 njutna.

Vrijednost g za planetu Zemlju nije ista - na ekvatoru je 9,83 N/kg, a na polovima 9,78 N/kg. Stoga uzimamo prosječnu vrijednost koju smo koristili za proračun. Tačne vrijednosti za različite regije planete koriste se u avio industriji, a na njih se obraća pažnja i u sportu, kada se treniraju sportisti za učešće na takmičenjima u drugim zemljama.

Istorijski podaci: poznati engleski fizičar Isaac Newton prvi je izračunao g i izveo formulu za gravitaciju, tačnije formulu za silu kojom tijelo djeluje na druga tijela, 1687. godine. U njegovu čast je nazvana jedinica mjerenja sile. Postoji legenda da je Newton počeo istraživati pitanje gravitacije nakon što mu je jabuka pala na glavu.