Inhoud
Zwaartekracht is overal - zowel letterlijk als in het dagelijkse bewuste handelen van mensen over de hele planeet. Het is moeilijk of onmogelijk om je voor te stellen dat je leeft in een wereld die vrij is van zijn effecten, of zelfs in een wereld waar de effecten zijn aangepast met een "kleine" hoeveelheid - zeg maar "slechts" ongeveer 25 procent. Welnu, stel je voor dat je niet helemaal hoog genoeg springt om een basketbalrand van 10 voet hoog te raken, om met gemak te kunnen dunkmen; dit is ongeveer wat een 25 procent winst in springvermogen dankzij verminderde zwaartekracht een enorm aantal mensen zou opleveren!
Een van de vier fundamentele fysische krachten, de zwaartekracht beïnvloedt elke technische onderneming die mensen ooit hebben ondernomen, vooral op het gebied van economie. Het kunnen berekenen van de zwaartekracht en het oplossen van gerelateerde problemen is een basis- en essentiële vaardigheid in inleidende cursussen natuurwetenschappen.
De kracht van zwaartekracht
Niemand kan precies zeggen wat zwaartekracht "is", maar het is mogelijk om het wiskundig te beschrijven en in termen van andere fysieke hoeveelheden en eigenschappen. Zwaartekracht is een van de vier fundamentele krachten in de natuur, de andere zijn de sterke en zwakke nucleaire krachten (die op het intra-atomaire niveau werken) en de elektromagnetische kracht. Zwaartekracht is de zwakste van de vier, maar heeft een enorme invloed op hoe het universum zelf gestructureerd is.
Wiskundig gezien is de zwaartekracht in Newton (of equivalent kg m / s)2) tussen twee willekeurige massa-objecten M1 en M2 gescheiden door r meter wordt uitgedrukt als:
F_ {grav} = frac {GM_1M_2} {r ^ 2}waar de universeel zwaartekracht constant G = 6.67 × 10-11 N m2/kg2.
Zwaartekracht verklaard
De magnitude g van het zwaartekrachtveld van een "massief" object (d.w.z. een sterrenstelsel, ster, planeet, maan, enz.) wordt wiskundig uitgedrukt door de relatie:
g = frac {GM} {d ^ 2}waar G is de constante zojuist gedefinieerd, M is de massa van het object en d is de afstand tussen het object en het punt waarop het veld wordt gemeten. Je kunt het zien door naar de uitdrukking voor te kijken Fgrav dat g heeft eenheden van kracht gedeeld door massa, sinds de vergelijking voor g is in wezen de kracht van de zwaartekrachtvergelijking (de vergelijking voor Fgrav) zonder rekening te houden met de massa van het kleinere object.
De variabele g heeft daarom eenheden van versnelling. Nabij het aardoppervlak is de versnelling als gevolg van de zwaartekracht van de aarde 9,8 meter per seconde per seconde, of 9,8 m / s2. Als je besluit ver te gaan in de natuurwetenschappen, zul je dit cijfer vaker zien dan je kunt tellen.
Kracht vanwege zwaartekrachtformule
Het combineren van de formules in de bovenstaande twee secties produceert de relatie
F = mgwaar g = 9,8 m / s2 op aarde. Dit is een speciaal geval van de tweede bewegingswet van Newton, namelijk
F = maDe zwaartekrachtversnellingsformule kan op de gebruikelijke manier worden gebruikt met de zogenaamde Newtoniaanse bewegingsvergelijkingen die betrekking hebben op massa (m), snelheid (v), lineaire positie (X), verticale positie (Y), versnelling (een) en tijd (t). Dat wil zeggen, net zoals d = (1/2)Bij2, de afstand die een object in de tijd aflegt t in een lijn onder de kracht van een bepaalde versnelling, de afstand Y een object zal na verloop van tijd onder de zwaartekracht vallen t wordt verkregen door de uitdrukking d = (1/2)gt2of 4.9_t_2 voor objecten die vallen onder invloed van de zwaartekracht van de aarde.