Tyngdekraft (fysik): Hvad er det og hvorfor er det vigtigt?

En fysikstuderende kan muligvis støde på tyngdekraften i fysikken på to forskellige måder: som accelerationen på grund af tyngdekraften på Jorden eller andre himmellegemer eller som tiltrækningskraften Faktisk er tyngdekraften en af de mest grundlæggende kræfter i naturen.

Sir Isaac Newton udviklede love til at beskrive begge. Newtons anden lov ( F _{net \u003d ma
) gælder for enhver nettokraft, der virker på et objekt, inklusive tyngdekraften, der opleves i lokaliteten til ethvert stort legeme, såsom en planet. Newtons Law of Universal Gravitation, en omvendt firkantet lov, forklarer gravitationstrækningen eller tiltrækningen mellem to objekter.
Force of Gravity -}

Tyngdekraften, som en genstand oplever i et tyngdefelt, er altid rettet mod centrum af massen, der genererer marken, såsom Jordens centrum. I mangel af andre kræfter kan det beskrives ved hjælp af det Newtonske forhold F _{net \u003d ma
, hvor F netto er tyngdekraften i Newton ( N), m
er masse i kg (kg) og a
er acceleration på grund af tyngdekraften i m /s ^2.}

Eventuelle objekter inde i en tyngdekraft felt, såsom alle klipper på Mars, oplever den samme acceleration mod midten af marken
der virker på deres masser.
Således er den eneste faktor, der ændrer tyngdekraften følt af forskellige objekter på den samme planet er deres masse: Jo mere masse, jo større er tyngdekraften og omvendt.

Tyngdekraften er dens vægt i fysik, selvom den almindelige vægt er ofte brugt anderledes.
Acceleration på grund af tyngdekraften

Newtons anden lov, F _{net \u003d ma
, viser, at en nettokraft får en masse til at accelerere. Hvis nettokraften kommer fra tyngdekraften, kaldes denne acceleration acceleration på grund af tyngdekraften; for objekter i nærheden af bestemte store kroppe som planeter er denne acceleration tilnærmelsesvis konstant, hvilket betyder, at alle objekter falder med den samme acceleration.}

Tæt på Jordoverfladen får denne konstante sin egen specielle variabel: g
. "Lille g", som g
ofte kaldes, har altid en konstant værdi på 9,8 m /s ^{2. (Udtrykket "lille g" adskiller denne konstante fra en anden vigtig gravitationskonstant, G
, eller "stor G", der gælder for den universelle gravitationskonvention.) Enhver genstand, der falder nær jordoverfladen, vil falder mod Jordens centrum i en stigende hastighed, hvert sekund går 9,8 m /s hurtigere end det andet før.}

På Jorden tyngdekraften på et masseobjekt m
er:

F _{grav \u003d mg -
Eksempel med tyngdekraft}

Astronauter når en fjern planet og finder ud af, at det tager otte gange så meget kraft at løft objekter der, end det gør på Jorden. Hvad er accelerationen på grund af tyngdekraften på denne planet?

På denne planet er tyngdekraften otte gange større. Da masserne af objekter er en grundlæggende egenskab ved disse objekter, kan de ikke ændres, det betyder, at værdien af g
også skal være otte gange større:

8F _{grav \u003d m (8g)}

Værdien af g
på Jorden er 9,8 m /s ^{2, så 8 × 9,8 m /s 2 \u003d 78,4 m /s 2.
Newtons universelle gravitationslov |}

Den anden af Newtons love, der gælder for forståelse af tyngdekraften i fysik, blev resultatet af, at Newton forundrede sig gennem en anden fysiker. Han forsøgte at forklare, hvorfor solsystemets planeter har elliptiske bane snarere end cirkulære bane, som observeret og matematisk beskrevet af Johannes Kepler i sit sæt af ensbetydende love. kom nærmere og længere fra hinanden spiller ind i planetenes bevægelse. Disse planeter var faktisk i frit fald. Han kvantificerede denne tiltrækning i sin Universal Gravitation Law:
F_ {grav} \u003d G \\ frac {m_1m_2} {r ^ 2}

Hvor F _{grav _again er tyngdekraften i Newton (N), _m 1
og m 2
er masserne af henholdsvis den første og den anden genstand i kg (kg) (for eksempel jordens masse og objektets masse nær Jorden), og d ^{2
er kvadratet på afstanden mellem dem i meter (m).}}

Variablen G
, kaldet "stort G", er den universelle gravitationskonstant. Det har den samme værdi overalt i universet. Newton opdagede ikke værdien af G (Henry Cavendish fandt det eksperimentelt efter Newtons død), men han fandt proportionaliteten af kraft til masse og afstand uden den.

Ligningen viser to vigtige forhold:

1. Jo mere massiv en af objekterne er, jo større er attraktionen. Hvis månen pludselig var dobbelt så massiv
   som den er nu, ville tiltrækningskraften mellem Jorden og månen fordoble sig.
   
2. Jo tættere objekterne er, jo større attraktion. Fordi masserne hænger sammen med afstanden mellem dem kvadreret
   , tiltrækker kraften fire gange hver gang objekterne er dobbelt så tæt
   . Hvis månen pludselig var halve afstanden til Jorden, som den er nu, ville tiltrækningskraften mellem Jorden og månen være fire gange større.
   
   
   

   Newtons teori er også kendt som en omvendt firkantet lov på grund af det andet punkt ovenfor. Det forklarer, hvorfor gravitationsattraktionen mellem to objekter falder hurtigt, når de adskilles, meget hurtigere end hvis man ændrer massen på den ene eller begge af dem.
   Eksempel med Newtons universelle gravitationslov -

   Hvad er tiltrækningskraft mellem en komet på 8.000 kg, der er 70.000 m væk fra en komet på 200 kg?
   \\ begynde {rettet} F_ {grav} & \u003d 6.674 × 10 ^ {- 11} \\ frac {m ^ 3} {kgs ^ 2} (\\ dfrac {8.000 kg × 200 kg} {70.000 ^ 2}) \\\\ & \u003d 2.18 × 10 ^ {- 14} \\ ende {alger} Albert Einsteins teori om generel relativitet -

   Newton gjorde forbløffende arbejde, der forudsagger genstands bevægelse og kvantificerer tyngdekraften i 1600'erne. Men cirka 300 år senere udfordrede et andet stort sind - Albert Einstein - denne tankegang med en ny måde og mere præcis måde at forstå tyngdekraften på.
   

   Ifølge Einstein er tyngdekraften en forvrængning af rumtid
   , stoffet i selve universet. Masset vrider plads, ligesom en bowlingkugle skaber et indrykk på en laken, og mere massive genstande som stjerner eller sorte huller skæver plads med effekter, der let kan observeres i et teleskop - bøjning af lys eller en ændring i bevægelse af genstande tæt på disse masser .
   

   Einsteins teori om generel relativitet berømte sig berømt ved at forklare, hvorfor Merkur, den lille planet tættest på solen i vores solsystem, har en bane med en målbar forskel fra, hvad der er forudsagt af Newtons love.
   

   Mens generel relativitet er mere nøjagtig med hensyn til at forklare tyngdekraften end Newtons love, bemærkes forskellen i beregninger, der bruger begge, for det meste kun på "relativistiske" skalaer - når man ser på ekstremt massive genstande i kosmos eller nær hastigheder i lyset . Derfor forbliver Newtons love anvendelige og relevante i dag til at beskrive mange situationer i den virkelige verden, som det gennemsnitlige menneske sandsynligvis vil støde på.
   Tyngdekraft er vigtigt.

   Den "universelle" del af Newtons universelle gravitationslov er ikke hyperbolisk. Denne lov gælder for alt i universet med en masse! Alle to partikler tiltrækker hinanden, ligesom alle andre galakser. Selvfølgelig, i tilstrækkelige store afstande, bliver tiltrækningen så lille, at den faktisk er nul.
   

   I betragtning af hvor vigtig tyngdekraft er at beskrive hvordan alt stof interagerer med, er de engelske definitioner af tyngdekraften
   (ifølge Oxford: "ekstrem eller alarmerende betydning; alvor") eller gravitas
   ("værdighed, seriøsitet eller højtidelig måde") får yderligere betydning. Når det er sagt, når nogen henviser til "en alvorlighed i en situation", kan en fysiker stadig have brug for afklaring: Mener de med hensyn til stor G eller lille g?