כוח הכבידה הוא אחד הכוחות הבסיסיים בפיזיקה. ההיבט החשוב ביותר של כוח הכבידה הוא שהוא אוניברסלי: לכל האובייקטים יש כוח כבידה שמושך אובייקטים אחרים. גודל כוח הכבידה תלוי במסה ובמרחק בין שני האובייקטים.
שלב
חלק 1 מתוך 2: חישוב כוח הכבידה בין שני אובייקטים
שלב 1. הגדר את המשוואה לכוח הכבידה המושך אובייקט, Fgrav = (ג1M2)/ד2.
כדי להיות מסוגל לחשב את כוח הכבידה של אובייקט, משוואה זו מביאה בחשבון גם את המוני שני האובייקטים ואת מרחקם זה מזה. משתני המשוואה מתוארים להלן.
- וgrav הוא כוח הכבידה
- G הוא קבוע הכבידה האוניברסלי 6.673 x 10-11 Nm2/ק"ג2
- M1 היא המסה של האובייקט הראשון
- M2 היא המסה של האובייקט השני
- d הוא המרחק בין מרכזי שני האובייקטים
- לפעמים אתה מוצא את האות r במקום d. שני סמלים אלה מייצגים את המרחק בין שני האובייקטים.
שלב 2. השתמש ביחידות המדד המתאימות
עבור משוואה זו, עליך להשתמש ביחידות מטריות. מסת החפץ חייבת להיות בקילוגרמים (ק ג) והמרחק בין האובייקטים חייב להיות במטרים (מ '). עליך להמיר יחידות אלה ליחידות מטריות לפני שתמשיך
שלב 3. קבע את מסת האובייקט המדובר
עבור חפצים קטנים, אתה יכול לשקול אותם כדי לקבוע את משקלם בק ג. עבור אובייקטים גדולים, אתה יכול לחפש את המסה המשוערת על שולחן או באינטרנט. בבעיות פיזיקה, בדרך כלל תימסר מסה של האובייקט.
שלב 4. מדוד את המרחק בין שני האובייקטים
אם אתה מנסה לחשב את כוח הכבידה בין אובייקט לכדור הארץ, עליך לדעת כמה רחוק אובייקט זה ממרכז כדור הארץ.
- המרחק משטח כדור הארץ למרכז כדור הארץ הוא כ 6.38 x 106 M.
- אתה יכול לחפש טבלאות או מקורות אחרים באינטרנט שמספרים לך את המרחק המשוער ממרכז כדור הארץ לאובייקטים בגבהים שונים על פני כדור הארץ.
שלב 5. השלם את החישוב
אם הגדרת את המשתנים במשוואה, אל תהסס להזין אותם לפתרון. ודא שכל המשתנים נמצאים ביחידות מטריות ושהם משתנים כראוי. המסה חייבת להיות בקילוגרמים והמרחק חייב להיות במטרים. פתרו משוואות בסדר החישובים הנכון.
- לדוגמה, קבע את כוח הכבידה של אדם שמסתו 68 ק"ג מעל פני כדור הארץ. המסה של כדור הארץ היא 5.98 x 1024 ק"ג.
- ודא שכל המשתנים נמצאים ביחידות נכונות. M1 = 5, 98 x 1024 ק"ג, מ '2 = 68 ק"ג, G = 6.673 x 10-11 Nm2/ק"ג2, ו- d = 6, 38 x 106 M
- כתוב את המשוואה שלך: Fgrav = (ג1M2)/ד2 = [(6, 67 x 10-11) x 68 x (5, 98 x 1024)]/(6, 38 x 106)2
- הכפל את המוני שני האובייקטים הנלקחים בחשבון. 68 x (5, 98 x 1024) = 4.06 x 1026
- הכפל את התוצאה מ1 ומ2 עם קבוע הכבידה G. (4.06 x 1026) x (6.67 x 10-11) = 2,708 x 1016
- מרובעים את המרחק בין שני האובייקטים. (6, 38 x 106)2 = 4.07 x 1013
- שתף תוצאה G x m1 x מ2 לפי המרחק בריבוע כדי להשיג את כוח הכבידה בניוטונים (N). 2, 708 x 1016/4, 07 x 1013 = 665 נ '
- כוח הכבידה שלה הוא 665 N.
חלק 2 מתוך 2: חישוב כוח הכבידה על כדור הארץ
שלב 1. להבין את החוק השני של ניוטון, F = ma
החוק השני של ניוטון קובע כי האצת האובייקט היא ביחס ישיר לכוח הנקי הפועל עליו וביחס הפוך למסתו. במילים אחרות, אם כוח הפועל על אובייקט גדול יותר מהכוח הפועל בכיוון ההפוך, האובייקט יזוז עם הכוח החזק יותר.
- ניתן לסכם חוק זה במשוואה F = ma, כאשר F הוא הכוח, m הוא מסה של האובייקט, ו- a היא התאוצה.
- הודות לחוק זה, אנו יכולים לחשב את כוח הכבידה של כל האובייקטים על פני כדור הארץ, תוך שימוש בתאוצה הידועה עקב כוח הכבידה.
שלב 2. מצא את התאוצה הנובעת מכוח המשיכה של כדור הארץ
על פני כדור הארץ, כוח הכבידה גורם לכל האובייקטים להאיץ ב -9.8 מ '/שנייה2. על פני כדור הארץ, אנו יכולים להשתמש במשוואה פשוטה: Fgrav = מ ג לחישוב כוח הכבידה.
אם אתה רוצה לדעת מספר מדויק יותר של כוחות הכבידה, אתה עדיין יכול להשתמש בנוסחה בשלב הקודם, Fgrav = (GMכדור הארץמ)/ד2 לקביעת כוח הכבידה.
שלב 3. השתמש ביחידות המדד המתאימות
עבור משוואה זו, עליך להשתמש ביחידות מטריות. מסת החפץ חייבת להיות בקילוגרמים (ק ג) והמרחק בין האובייקטים חייב להיות במטרים (מ '). עליך להמיר יחידות אלה ליחידות מטריות לפני שתמשיך.
שלב 4. קבע את מסת האובייקט המדובר
עבור חפצים קטנים, אתה יכול לשקול אותם כדי לקבוע את משקלם בקילוגרם. עבור אובייקטים גדולים, אתה יכול לחפש את המסה המשוערת על שולחן או באינטרנט. בבעיות פיזיקה, בדרך כלל תסופר המסה של האובייקט.
שלב 5. השלם את החישוב
אם הגדרת את המשתנים במשוואה, אל תהסס להזין אותם לפתרון. ודא שכל המשתנים נמצאים ביחידות מטריות ושהם משתנים כראוי. המסה חייבת להיות בקילוגרמים והמרחק חייב להיות במטרים. פתרו משוואות בסדר החישובים הנכון.
- ננסה להשתמש במשוואה בשלב הקודם ונראה עד כמה התוצאות קרובות. קבע את כוח הכבידה של אדם במשקל של 68 ק"ג על פני כדור הארץ.
- וודא שכל המשתנים נמצאים ביחידות נכונות: m = 68 ק"ג, g = 9.8 מ '/ש2.
- רשום את הנוסחה. וgrav = mg = 68*9, 8 = 666 N.
- שימוש בנוסחה F = mg כוח הכבידה הוא 666 N, בעוד שהתוצאה מהנוסחה בשלב הקודם היא 665 N. כפי שאתה יכול לראות, שתי התוצאות כמעט זהות.
טיפים
- שתי נוסחאות אלה צריכות לתת את אותה התשובה, אך הנוסחה הקצרה והפשוטה יותר קלה לשימוש כאשר דנים באובייקטים על פני כוכב לכת.
- השתמש בנוסחה הראשונה אם אינך יודע את ההאצה עקב כוח הכבידה על כוכב לכת, או אם אתה מחשב את כוח הכבידה בין שני עצמים גדולים מאוד, כגון הירח או כוכבי לכת.
