De wet van universele zwaartekracht begrijpen
Dankzij de studies van wetenschappers is het mogelijk geweest om de verschijnselen van de natuur te begrijpen en door de jaren heen technologische vooruitgang te boeken. Newton concludeert op basis van Galileo's studies van de wetten die de beweging van projectielen op aarde beheersen, en Kepler's studies van de bewegingswetten van planeten in het zonnestelsel, dat de kracht die nodig is om een planeet in een baan te houden afhangt van de massa en de massa. scheidingsafstand. De wet van universele zwaartekracht, gepubliceerd in 1687 door Isaac Newton, stelt ons in staat de kracht te bepalen waarmee twee objecten met massa worden aangetrokken, wat zeer nuttig is bij de studie van de banen van kometen, de ontdekking van andere planeten, de getijden, de beweging van satellieten, naast andere verschijnselen.
Basisconcepten om de "wet van universele zwaartekracht" te begrijpen
We nodigen je uit om het artikel te zien Newton-Laws-gemakkelijk te begrijpen
Middelpuntzoekende kracht:
Kracht die de mobiel dwingt om zijn baan te buigen, waardoor het een cirkelvormige beweging beschrijft. De middelpuntzoekende kracht werkt op een lichaam dat naar het midden van het cirkelvormige pad is gericht. Het lichaam ervaart een centripetale versnelling aangezien de snelheid, met constante modulus, van richting verandert terwijl het beweegt. Zie figuur 1.
De middelpuntzoekende kracht kan worden berekend met behulp van de tweede wet van Newton [1], waarbij middelpuntzoekende versnelling kan worden uitgedrukt als een functie van hoeksnelheid, lineaire snelheid of als een functie van de periode van het lichaam in cirkelvormige beweging. Zie figuur 2.
[adinserter name = "Blok 1 ″]
Kepler's wetten
De astronoom Johannes Kepler legde de beweging van de planeten van het zonnestelsel uit door middel van drie wetten: de wet van banen, gebieden en perioden. [twee].
Kepler's eerste wet, of wet van banen:
Alle planeten in het zonnestelsel draaien in een elliptische baan om de zon. De zon staat in een van de twee brandpunten van de ellips. Zie figuur 3.
De tweede wet van Kepler, of gebiedswet:
De straal die een planeet met de zon verbindt, beschrijft gelijke gebieden in gelijke tijden. De (denkbeeldige) lijn die van de zon naar een planeet gaat, veegt in gelijke tijden gelijke gebieden; dat wil zeggen, de snelheid waarmee het gebied verandert, is constant. Zie figuur 4.
Kepler's derde wet, of wet van periodes:
Voor alle planeten is de relatie tussen de kubus van de straal van de baan en het kwadraat van zijn periode constant. De hoofdas van de ellips, in blokjes gesneden en gedeeld door de periode (tijd om een volledige omwenteling te maken), is dezelfde constante voor de verschillende planeten. De kinetische energie van een planeet neemt af als het omgekeerde is van de afstand tot de zon. Zie figuur 5.
Wet van universele zwaartekracht
De wet van universele zwaartekracht, gepubliceerd in 1687 door Isaac Newton, stelt ons in staat de kracht te bepalen waarmee twee objecten met massa worden aangetrokken. Newton concludeerde dat:
- Lichamen worden aangetrokken door het simpele feit dat ze massa hebben.
- De aantrekkingskracht tussen de lichamen is alleen merkbaar wanneer ten minste een van de op elkaar inwerkende lichamen enorm groot is, zoals een planeet.
- Er is een interactie op afstand, daarom is het niet nodig dat de lichamen in contact zijn om de aantrekkingskracht te laten werken.
- De gravitatie-interactie tussen twee lichamen manifesteert zich altijd als een paar krachten gelijk in richting en modulus, maar in tegengestelde richting.
Verklaring van de wet van universele zwaartekracht
De aantrekkingskracht tussen twee massa's is rechtevenredig met het product van de massa's en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand die ze scheidt. De aantrekkingskracht heeft een richting die samenvalt met de lijn die hen verbindt [3]. Zie figuur 6.
De evenredigheidsconstante G tussen de grootheden staat bekend als de universele zwaartekrachtconstante. In het internationale systeem is het gelijk aan:
Oefening 1. Bepaal de kracht waarmee de lichamen in figuur 7 in een vacuüm worden aangetrokken.
Oplossing
In figuur 8 zijn er twee lichamen met massa's m1 = 1000 kg en m2 = 80 kg, gescheiden door een afstand van 2 meter. Door de universele wet van de zwaartekracht toe te passen, kan de aantrekkingskracht tussen hen worden bepaald, zoals weergegeven in figuur 8.
Aftrek van de wet van universele zwaartekracht
Uitgaande van de derde wet van Kepler die de straal relateert aan de periode van een planeet in een baan om de aarde, is de centripetale versnelling die een planeet ervaart omgekeerd evenredig met het kwadraat van de straal van zijn baan. Om de middelpuntzoekende kracht te vinden die op de planeet inwerkt, wordt de tweede wet van Newton [] gebruikt, gezien de middelpuntzoekende versnelling die het ervaart, uitgedrukt als een functie van de periode. Zie figuur 9.
De waarde van de universele zwaartekrachtconstante werd jaren nadat de zwaartekrachtwet van Newton was vastgesteld, bepaald door Henry Cavendish. De constante G wordt als "universeel" beschouwd, aangezien zijn waarde in elk deel van het bekende universum hetzelfde is en onafhankelijk is van de omgeving waarin de objecten worden gevonden.
Opgave 2. Bepaal de massa van planeet Aarde, wetende dat de straal 6380 km is
Oplossing
De lichamen die zich op het aardoppervlak bevinden, worden naar het midden aangetrokken, deze kracht staat bekend als het gewicht van een lichaam (kracht waarmee de aarde het aantrekt). Aan de andere kant kan de tweede wet van Newton worden toegepast die het gewicht van het lichaam uitdrukt als een functie van de zwaartekracht, waardoor de massa van de aarde, bekend als de straal, kan worden verkregen. Zie figuur 11.
Toepassing van de wet van universele zwaartekracht
De wet van universele zwaartekracht is nuttig om de baan van kometen, de ontdekking van andere planeten, de getijden, de beweging van satellieten en andere verschijnselen te verklaren.
Aan de wetten van Newton wordt precies voldaan als wordt opgemerkt dat een of andere ster er niet aan voldoet, omdat een andere niet-zichtbare ster de beweging verstoort, dus het bestaan van planeten is ontdekt uit de verstoring die ze veroorzaken in de banen van bekende planeten.
Satellieten:
Een satelliet is een object dat rond een ander groter object met een groter zwaartekrachtveld draait, je hebt bijvoorbeeld de maan, de natuurlijke satelliet van planeet Aarde. Een satelliet ervaart een centripetale versnelling omdat hij wordt blootgesteld aan een aantrekkingskracht in het zwaartekrachtveld.
Oefening 3. Bepaal de snelheid van een satelliet die in een baan om de aarde draait op 6870 km van het middelpunt van de aarde. Zie figuur 12
Oplossing
Kunstmatige satellieten worden in een baan om de aarde gehouden vanwege de aantrekkingskracht die de aarde erop uitoefent. Met behulp van de universele wet van de zwaartekracht en de tweede wet van Newton kan de snelheid van de satelliet worden bepaald. Zie figuur 13.
CONCLUSIES
Elk materiaaldeeltje trekt elk ander materiaaldeeltje aan met een kracht die recht evenredig is met het product van de massa van beide en omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand die ze van elkaar scheidt.
De gravitatie-interactie tussen twee lichamen manifesteert zich altijd als een paar krachten gelijk in richting en modulus, maar in tegengestelde richting.
De wet van de universele zwaartekracht van Newton stelt ons in staat de kracht te bepalen waarmee twee objecten met massa worden aangetrokken, wetende dat de aantrekkingskracht tussen twee massa's recht evenredig is met het product van de massa en omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand die ze van elkaar scheidt .