Evrensel Çekim Yasasını Anlamak
Bilim adamlarının çalışmaları sayesinde doğa olaylarını anlamak ve yıllar içinde teknolojik gelişmeler sağlamak mümkün olmuştur. Newton, Galileo'nun mermilerin Dünya üzerindeki hareketini yöneten yasalara ilişkin araştırmalarına ve Kepler'in güneş sistemindeki gezegenlerin hareket yasalarına ilişkin çalışmalarına dayanarak, bir gezegeni yörüngede tutmak için gerekli kuvvetin kütlelere ve ayırma mesafesi. Isaac Newton tarafından 1687'de yayınlanan evrensel çekim yasası, kütleli iki nesnenin çekildiği kuvveti belirlememize izin verir; bu, kuyruklu yıldızların yörüngeleri, diğer gezegenlerin keşfi, gelgitler, diğer fenomenlerin yanı sıra uyduların hareketi.
"Evrensel Çekim Yasası" nı anlamak için Temel Kavramlar
Sizi makaleyi görmeye davet ediyoruz Newton Kanunları-anlaşılması kolay
Merkezcil kuvvet:
Cep telefonunu yörüngesini bükerek dairesel bir hareketi tanımlamaya zorlayan kuvvet. Merkezcil kuvvet, dairesel yolun merkezine doğru yönlendirilen bir cisme etki eder. Sabit modülün hızı hareket ettikçe yön değiştirdikçe vücut merkezcil bir ivme yaşar. Şekil 1'e bakınız.
Merkezcil kuvvet Newton'un ikinci yasası [1] kullanılarak hesaplanabilir, burada merkezcil ivme açısal hızın, doğrusal hızın bir fonksiyonu olarak veya dairesel harekette cismin periyodunun bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir. Şekil 2'ye bakınız.
[adinserter name = ”Blok 1 ″]
Kepler'in Kanunları
Gökbilimci Johannes Kepler, güneş sistemindeki gezegenlerin hareketini üç yasa ile açıkladı: yörüngeler, alanlar ve dönemler yasası. [iki].
Kepler'in birinci yasası veya yörünge yasası:
Güneş sistemindeki tüm gezegenler, eliptik bir yörüngede güneşin etrafında dönerler. Güneş, elipsin iki odak noktasından birindedir. Şekil 3'e bakınız.
Kepler'in ikinci yasası veya alanlar yasası:
Bir gezegeni güneşe birleştiren yarıçap, eşit zamanlarda eşit alanları tanımlar. Güneşten bir gezegene giden (hayali) çizgi eşit zamanlarda eşit alanları süpürür; yani, alanın değişme hızı sabittir. Şekil 4'e bakınız.
Kepler'in üçüncü yasası veya dönemler yasası:
Tüm gezegenler için yörüngenin yarıçapının küpü ile periyodunun karesi arasındaki ilişki sabittir. Döneme bölünen ve döneme bölünen elipsin ana ekseni (tam bir dönüş yapma zamanı), farklı gezegenler için aynı sabittir. Bir gezegenin kinetik enerjisi, güneşe olan uzaklığının tersi olarak azalır. Şekil 5'e bakınız.
Evrensel Çekim Yasası
Isaac Newton tarafından 1687'de yayınlanan evrensel çekim yasası, kütleye sahip iki nesnenin çekildiği kuvveti belirlememizi sağlar. Newton şu sonuca vardı:
- Bedenler, yalnızca kütleye sahip olma gerçeğinden etkilenir.
- Cisimler arasındaki çekim kuvveti, yalnızca etkileşim halindeki cisimlerden en az biri bir gezegen gibi çok büyük olduğunda fark edilir.
- Uzaktan etkileşim vardır, bu nedenle çekici kuvvetin hareket etmesi için bedenlerin temas halinde olması gerekli değildir.
- İki cisim arasındaki yerçekimi etkileşimi, kendisini her zaman yön ve modül olarak eşit, ancak ters yönde bir çift kuvvet olarak gösterir.
Evrensel Çekim Yasasının Beyanı
İki kütle arasındaki çekim kuvveti, kütlelerin çarpımı ile doğru orantılıdır ve onları ayıran mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Çekim gücü, onları birleştiren çizgiye denk gelen bir yöne sahiptir [3]. Şekil 6'ya bakınız.
Miktarlar arasındaki orantılılık sabiti G, evrensel çekim sabiti olarak bilinir. Uluslararası sistemde şuna eşdeğerdir:
Alıştırma 1. Şekil 7'deki cisimlerin bir vakumda çekildiği kuvveti belirleyin.
Çözüm
Şekil 8'de, kütleleri m1 = 1000 kg ve m2 = 80 kg olan, 2 metrelik bir mesafe ile ayrılmış iki gövde vardır. Evrensel çekim yasasını uygulayarak, şekil 8'de gösterildiği gibi aralarındaki çekim kuvveti belirlenebilir.
Evrensel Çekim Yasasının Çıkarılması
Yarıçapı yörüngedeki bir gezegenin periyodu ile ilişkilendiren Kepler'in üçüncü yasasından başlayarak, bir gezegenin deneyimlediği merkezcil ivme, yörüngesinin yarıçapının karesiyle ters orantılıdır. Gezegene etki eden merkezcil kuvveti bulmak için, dönemin bir fonksiyonu olarak ifade edilen, deneyimlediği merkezcil ivme dikkate alınarak Newton'un ikinci yasası [] kullanılır. Şekil 9'a bakınız.
Evrensel yerçekimi sabitinin değeri, Newton'un yerçekimi yasasının kurulmasından yıllar sonra Henry Cavendish tarafından belirlendi. G sabiti, değeri bilinen evrenin herhangi bir yerinde aynı olduğu ve nesnelerin bulunduğu ortamdan bağımsız olduğu için "evrensel" olarak kabul edilir.
Alıştırma 2. Yarıçapın 6380 km olduğunu bilerek Dünya gezegeninin kütlesini belirleyin
Çözüm
Dünya yüzeyinde bulunan cisimler, merkezine doğru çekilir, bu kuvvet bir cismin ağırlığı (Dünya'nın onu çektiği kuvvet) olarak bilinir. Öte yandan, Newton'un ikinci yasası, cismin ağırlığının yerçekiminin bir fonksiyonu olarak ifade edilmesiyle uygulanabilir, böylece Dünya'nın yarıçapı bilinen kütlesi elde edilebilir. Şekil 11'e bakınız.
Evrensel çekim yasasının uygulanması
Evrensel çekim yasası, diğer fenomenlerin yanı sıra kuyruklu yıldızların yörüngesini, diğer gezegenlerin keşfini, gelgitler, uyduların hareketini açıklamak için kullanışlıdır.
Newton yasaları tam olarak yerine getirilir, bir yıldızın uymadığı görüldüğünde bunun nedeni, görünmeyen başka bir yıldızın hareketi bozmasıdır, böylece bilinen gezegenlerin yörüngelerinde oluşturdukları rahatsızlıktan gezegenlerin varlığı keşfedilmiştir.
Uydular:
Uydu, daha büyük bir yerçekimi alanına sahip başka bir büyük nesnenin etrafında dönen bir nesnedir, örneğin, Dünya gezegeninin doğal uydusu olan aya sahipsiniz. Bir uydu, yerçekimi alanında çekici bir kuvvete maruz kaldığı için merkezcil bir ivme yaşar.
Alıştırma 3. Dünyanın merkezinden 6870 km uzaklıkta dünyanın yörüngesinde dönen bir uydunun hızını belirleyin. Şekil 12'ye bakınız
Çözüm
Yapay uydular, Dünya'nın üzerine uyguladığı çekim kuvveti nedeniyle Dünya çevresinde yörüngede tutulur. Evrensel çekim yasası ve Newton'un ikinci yasası kullanılarak uydunun hızı belirlenebilir. Şekil 13'e bakınız.
SONUÇLAR
Her maddi parçacık, her ikisinin de kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve onları ayıran mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle diğer herhangi bir maddi parçacığı çeker.
İki cisim arasındaki yerçekimi etkileşimi, kendisini her zaman yön ve modül olarak eşit, ancak ters yönde bir çift kuvvet olarak gösterir.
Newton'un evrensel çekim yasası, iki kütle arasındaki çekim kuvvetinin kütlelerin çarpımı ile doğru orantılı olduğunu ve ayıran mesafenin karesiyle ters orantılı olduğunu bilerek, kütleye sahip iki nesnenin birbirini çektiği kuvveti belirlememizi sağlar. onları.