Forståelse af loven om universel tyngdekraft
Takket være forskernes undersøgelser har det været muligt at forstå naturens fænomener og gøre teknologiske fremskridt gennem årene. Newton, baseret på Galileos undersøgelser af lovene, der styrer projektilbevægelser på Jorden, og Keplers studier af bevægelseslove for planeter i solsystemet, konkluderer, at den nødvendige kraft til at holde en planet i en bane afhænger af masserne og separationsafstand. Loven om universel tyngdekraft, offentliggjort i 1687 af Isaac Newton, gør det muligt at bestemme den kraft, hvormed to genstande med masse tiltrækkes, hvilket er meget nyttigt i studiet af kometernes kredsløb, opdagelsen af andre planeter, tidevandet, bevægelsen af satellitter, blandt andre fænomener.
Grundlæggende begreber for at forstå "lov om universel tyngdekraft"
Vi inviterer dig til at se artiklen Newton-love-let at forstå
Centripetal kraft:
Kraft, der tvinger mobilen til at bøje sin bane, så den beskriver en cirkulær bevægelse. Den centripetale kraft virker på et legeme rettet mod midten af den cirkulære sti. Kroppen oplever en centripetal acceleration, da hastigheden af konstant modul ændrer retning, når den bevæger sig. Se figur 1.
Centripetal kraft kan beregnes ved hjælp af Newtons anden lov [1], hvor centripetal acceleration kan udtrykkes som en funktion af vinkelhastighed, lineær hastighed eller som en funktion af kroppens periode i cirkulær bevægelse. Se figur 2.
[adinserter name = ”Blok 1 ″]
Keplers love
Astronomen Johannes Kepler forklarede bevægelsen af solsystemets planeter ved hjælp af tre love: kredsløbsloven, områder og perioder. [to].
Keplers første lov eller kredsløb:
Alle planeterne i solsystemet drejer sig om solen i en elliptisk bane. Solen er i en af ellipsens to foci. Se figur 3.
Keplers anden lov, eller lov om områder:
Radius, der forbinder en planet med solen, beskriver lige områder i lige tid. Den (imaginære) linje, der går fra solen til en planet, fejer lige store områder på lige tid; det vil sige den hastighed, hvormed området ændres, er konstant. Se figur 4.
Keplers tredje lov eller periodelov:
For alle planeter er forholdet mellem terningen af kredsløbets radius og firkanten af dens periode konstant. Ellipsens hovedakse kuberet og divideret med perioden (tid til at foretage en fuldstændig revolution) er den samme konstant for de forskellige planeter. En kinetisk energi på en planet aftager som omvendt af dens afstand fra solen. Se figur 5.
Loven om universel tyngdekraft
Loven om universel tyngdekraft, offentliggjort i 1687 af Isaac Newton, giver os mulighed for at bestemme den kraft, hvormed to genstande med masse tiltrækkes. Newton konkluderede, at:
- Kroppe er tiltrukket af det faktum, at de har masse.
- Tiltrækningskraften mellem legemerne er kun mærkbar, når mindst en af de interagerende kroppe er enormt stor, ligesom en planet.
- Der er en vekselvirkning på afstand, det er derfor ikke nødvendigt for legemerne at være i kontakt for den attraktive kraft til at handle.
- Gravitationsinteraktionen mellem to kroppe manifesterer sig altid som et par kræfter, der er lige i retning og modul, men i den modsatte retning.
Erklæring om loven om universel tyngdekraft
Tiltrækningskraften mellem to masser er direkte proportional med massenes produkt og omvendt proportional med kvadratet på afstanden, der adskiller dem. Tiltrækningskraften har en retning, der falder sammen med den linje, der forbinder dem [3]. Se figur 6.
Proportionalitetskonstanten G mellem størrelserne er kendt som den universelle gravitationskonstant. I det internationale system svarer det til:
Øvelse 1. Bestem den kraft, hvormed legemerne i figur 7 tiltrækkes i et vakuum.
Opløsning
I figur 8 er der to legemer med masserne m1 = 1000 kg og m2 = 80 kg, adskilt af en afstand på 2 meter. Ved anvendelse af den universelle gravitationslov kan tiltrækningskraften mellem dem bestemmes som vist i figur 8.
Fradrag af loven om universel tyngdekraft
Startende fra Keplers tredje lov, der relaterer radius til perioden for en planet, der er i kredsløb, er den centripetale acceleration, som en planet oplever, omvendt proportional med kvadratet for radius af dens bane. Newtons anden lov [] bruges til at finde den centripetale kraft, der virker på planeten, i betragtning af den centripetale acceleration, den oplever, udtrykt som en funktion af perioden. Se figur 9.
Værdien af den universelle gravitationskonstant blev bestemt af Henry Cavendish mange år efter, at gravitationsloven blev etableret af Newton. Den konstante G betragtes som "universel", da dens værdi er den samme i enhver del af det kendte univers, og den er uafhængig af det miljø, hvor objekterne findes.
Øvelse 2. Bestem massen på planeten Jorden, idet du ved, at radius er 6380 km
Opløsning
Kropperne placeret på jordoverfladen tiltrækkes mod dets centrum, denne kraft er kendt som vægten af et legeme (kraft, som Jorden tiltrækker det med). På den anden side kan Newtons anden lov anvendes ved at udtrykke kroppens vægt som en funktion af tyngdekraften, så jordens masse kan opnås, kendt sin radius. Se figur 11.
Anvendelse af loven om universel tyngdekraft
Loven om universel tyngdekraft er nyttig til at forklare kometernes bane, opdagelsen af andre planeter, tidevand, satellitbevægelse blandt andre fænomener.
Newtons love er opfyldt nøjagtigt, når det observeres, at en stjerne ikke overholder det, skyldes det, at en anden ikke-synlig stjerne forstyrrer bevægelsen, og eksistensen af planeter er således blevet opdaget ud fra den forstyrrelse, som de frembringer i kendte planets baner.
Satellitter:
En satellit er et objekt, der kredser omkring et andet objekt af større størrelse og større tyngdefelt, for eksempel har du månen, den naturlige satellit på planeten Jorden. En satellit oplever en centripetal acceleration, fordi den udsættes for en attraktiv kraft i tyngdefeltet.
Øvelse 3. Bestem hastigheden for en satellit, der kredser om jorden 6870 km fra centrum af jorden. Se figur 12
Opløsning
Kunstige satellitter holdes i kredsløb omkring Jorden på grund af den tiltrækningskraft, som Jorden udøver på den. Ved hjælp af den universelle gravitationslov og Newtons anden lov kan satellithastigheden bestemmes. Se figur 13.
KONKLUSION
Hver materialepartikel tiltrækker enhver anden materialepartikel med en kraft, der er direkte proportional med produktet af begge masser og omvendt proportional med kvadratet for den afstand, der adskiller dem.
Gravitationsinteraktionen mellem to kroppe manifesterer sig altid som et par kræfter, der er lige i retning og modul, men i den modsatte retning.
Newtons lov om universel tyngdekraft giver os mulighed for at bestemme den kraft, hvormed to genstande med masse tiltrækkes, velvidende at tiltrækningskraften mellem to masser er direkte proportional med masseproduktet og omvendt proportional med kvadratet på afstanden, der adskiller dem .