การกำหนดแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อร่างกาย แรงโน้มถ่วงสูตร สูตรสำคัญในการคำนวณ

จำเป็นต้องทราบจุดใช้งานและทิศทางของแรงแต่ละชนิด สิ่งสำคัญคือต้องสามารถระบุได้ว่าแรงใดที่กระทำต่อร่างกายและไปในทิศทางใด แรงเขียนแทนด้วย หน่วยวัดเป็นนิวตัน เพื่อแยกแยะกองกำลังต่างๆ จึงมีการกำหนดไว้ดังนี้

ด้านล่างนี้คือกองกำลังหลักที่ปฏิบัติการในธรรมชาติ เป็นไปไม่ได้ที่จะคิดค้นกองกำลังที่ไม่มีอยู่จริงเมื่อแก้ไขปัญหา!

มีพลังมากมายในธรรมชาติ นี่คือกองกำลังที่ได้รับการพิจารณา หลักสูตรของโรงเรียนฟิสิกส์ในการศึกษาพลวัต นอกจากนี้ยังมีการกล่าวถึงกองกำลังอื่น ๆ ซึ่งจะกล่าวถึงในหัวข้ออื่น ๆ

แรงโน้มถ่วง

ร่างกายทุกคนบนโลกได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของโลก แรงที่โลกดึงดูดแต่ละวัตถุนั้นถูกกำหนดโดยสูตร

จุดใช้งานอยู่ที่จุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย แรงโน้มถ่วง มุ่งลงสู่แนวตั้งเสมอ.

แรงเสียดทาน

มาทำความรู้จักกับแรงเสียดทานกันดีกว่า แรงนี้เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่และพื้นผิวทั้งสองสัมผัสกัน แรงเกิดขึ้นเนื่องจากพื้นผิวเมื่อมองด้วยกล้องจุลทรรศน์จะไม่เรียบเท่าที่ควร แรงเสียดทานถูกกำหนดโดยสูตร:

แรงกระทำที่จุดสัมผัสของพื้นผิวทั้งสอง มุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนไหว

แรงปฏิกิริยาพื้น

ลองนึกภาพวัตถุที่หนักมากวางอยู่บนโต๊ะ โต๊ะโค้งงอตามน้ำหนักของวัตถุ แต่ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน ตารางจะกระทำต่อวัตถุด้วยแรงเดียวกันกับวัตถุบนโต๊ะทุกประการ แรงนั้นพุ่งตรงข้ามกับแรงที่วัตถุกดบนโต๊ะ นั่นก็คือ ขึ้น แรงนี้เรียกว่าปฏิกิริยาพื้น ชื่อกองกำลัง "พูด" การสนับสนุนตอบสนอง- แรงนี้จะเกิดขึ้นทุกครั้งที่มีผลกระทบต่อแนวรับ ธรรมชาติของการเกิดขึ้นในระดับโมเลกุล ดูเหมือนว่าวัตถุจะเปลี่ยนตำแหน่งปกติและการเชื่อมต่อของโมเลกุล (ภายในโต๊ะ) ในทางกลับกัน พวกมันก็พยายามที่จะกลับสู่สถานะดั้งเดิมโดย "ต่อต้าน"

ร่างกายใดๆ ก็ตาม แม้แต่ของที่เบามาก (เช่น ดินสอที่วางอยู่บนโต๊ะ) จะทำให้ส่วนรองรับผิดรูปในระดับไมโคร ดังนั้นจึงเกิดปฏิกิริยากราวด์ขึ้น

ไม่มีสูตรพิเศษในการค้นหาแรงนี้ มันเขียนแทนด้วยตัวอักษร แต่แรงนี้เป็นเพียงแรงยืดหยุ่นประเภทหนึ่งที่แยกจากกัน ดังนั้นจึงยังสามารถแสดงเป็น

แรงถูกใช้ที่จุดที่วัตถุสัมผัสกันโดยใช้ส่วนรองรับ ตั้งฉากกับส่วนรองรับ

เนื่องจากร่างกายเป็นจุดวัตถุ จึงสามารถแสดงแรงจากศูนย์กลางได้

แรงยืดหยุ่น

แรงนี้เกิดขึ้นจากการเสียรูป (การเปลี่ยนแปลงสถานะเริ่มต้นของสาร) ตัวอย่างเช่น เมื่อเรายืดสปริง เราจะเพิ่มระยะห่างระหว่างโมเลกุลของวัสดุสปริง เมื่อเราบีบอัดสปริง เราก็จะลดสปริงลง เมื่อเราบิดหรือขยับ ในตัวอย่างทั้งหมดเหล่านี้ มีแรงเกิดขึ้นซึ่งป้องกันการเสียรูป - แรงยืดหยุ่น

กฎของฮุค

แรงยืดหยุ่นนั้นพุ่งตรงข้ามกับการเสียรูป

เนื่องจากร่างกายเป็นจุดวัตถุ จึงสามารถแสดงแรงจากศูนย์กลางได้

เมื่อเชื่อมต่อสปริงแบบอนุกรม ความแข็งจะถูกคำนวณโดยใช้สูตร

เมื่อต่อขนานกันจะเกิดความฝืด

ความแข็งของตัวอย่าง โมดูลัสของยัง

โมดูลัสของ Young แสดงถึงคุณสมบัติยืดหยุ่นของสาร นี้ คงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุและสถานะทางกายภาพเท่านั้น แสดงลักษณะของวัสดุในการต้านทานแรงดึงหรือการเปลี่ยนรูปแบบแรงอัด ค่าโมดูลัสของ Young เป็นแบบตาราง

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติ ของแข็ง.

น้ำหนักตัว

น้ำหนักตัวคือแรงที่วัตถุกระทำต่อสิ่งรองรับ คุณว่ามันก็เหมือนกัน. แรงโน้มถ่วง- ความสับสนมาจากสิ่งต่อไปนี้: แท้จริงแล้วน้ำหนักตัวมักเป็น เท่ากับกำลังแรงโน้มถ่วง แต่แรงเหล่านี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิง แรงโน้มถ่วงเป็นพลังที่เกิดขึ้นจากการมีปฏิสัมพันธ์กับโลก น้ำหนักเป็นผลมาจากการโต้ตอบกับการสนับสนุน แรงโน้มถ่วงถูกใช้ที่จุดศูนย์ถ่วงของวัตถุ ในขณะที่น้ำหนักคือแรงที่ใช้กับส่วนรองรับ (ไม่ใช่กับวัตถุ)!

ไม่มีสูตรในการกำหนดน้ำหนัก กองกำลังนี้ถูกกำหนดโดยจดหมาย

แรงปฏิกิริยารองรับหรือแรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อแรงกระแทกของวัตถุบนช่วงล่างหรือส่วนรองรับ ดังนั้น น้ำหนักของร่างกายจึงเป็นตัวเลขเหมือนกับแรงยืดหยุ่นเสมอ แต่มีทิศทางตรงกันข้าม

แรงปฏิกิริยาและน้ำหนักของปฏิกิริยารองรับเป็นแรงที่มีลักษณะเดียวกัน ตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตัน แรงเหล่านี้จะเท่ากันและทิศทางตรงกันข้าม น้ำหนักคือแรงที่กระทำต่อสิ่งรองรับ ไม่ใช่บนร่างกาย แรงโน้มถ่วงกระทำต่อร่างกาย

น้ำหนักตัวอาจไม่เท่ากับแรงโน้มถ่วง อาจจะมากหรือน้อยหรืออาจจะเป็นว่าน้ำหนักเป็นศูนย์ ภาวะนี้เรียกว่า ความไร้น้ำหนัก- ภาวะไร้น้ำหนักเป็นสภาวะที่วัตถุไม่โต้ตอบกับส่วนรองรับ เช่น สภาวะการบิน: มีแรงโน้มถ่วง แต่น้ำหนักเป็นศูนย์!

คุณสามารถกำหนดทิศทางของการเร่งความเร็วได้หากคุณกำหนดทิศทางของแรงผลลัพธ์

โปรดทราบว่าน้ำหนักคือแรง ซึ่งวัดเป็นนิวตัน จะตอบคำถามให้ถูกต้องได้อย่างไร: "คุณมีน้ำหนักเท่าไหร่"? เราตอบ 50 กก. ไม่ได้บอกน้ำหนัก แต่เป็นมวลของเรา! ในตัวอย่างนี้ น้ำหนักของเราเท่ากับแรงโน้มถ่วง ซึ่งก็คือประมาณ 500 นิวตัน!

โอเวอร์โหลด- อัตราส่วนของน้ำหนักต่อแรงโน้มถ่วง

พลังของอาร์คิมีดีส

แรงเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาระหว่างวัตถุกับของเหลว (แก๊ส) เมื่อร่างกายจุ่มอยู่ในของเหลว (หรือแก๊ส) แรงนี้ดันร่างกายออกจากน้ำ (แก๊ส) ดังนั้นจึงถูกชี้ขึ้นในแนวตั้ง (ดัน) กำหนดโดยสูตร:

ในอากาศเราละเลยพลังของอาร์คิมีดีส

ถ้าแรงอาร์คิมิดีสเท่ากับแรงโน้มถ่วง ร่างกายก็จะลอยได้ ถ้าแรงของอาร์คิมิดีสมากขึ้น มันจะลอยขึ้นสู่พื้นผิวของของเหลว ถ้าแรงน้อยกว่า มันก็จะจมลง

กองกำลังไฟฟ้า

มีแรงกำเนิดทางไฟฟ้า เกิดขึ้นเมื่อมีประจุไฟฟ้า แรงเหล่านี้ เช่น แรงคูลอมบ์ แรงแอมแปร์ แรงลอเรนซ์ จะกล่าวถึงโดยละเอียดในหัวข้อไฟฟ้า

การกำหนดแผนผังของแรงที่กระทำต่อร่างกาย

บ่อยครั้งที่ร่างกายถูกจำลองเป็นจุดวัสดุ ดังนั้นในไดอะแกรม จุดการใช้งานต่างๆ จะถูกถ่ายโอนไปยังจุดเดียว - ไปยังจุดศูนย์กลาง และร่างกายจะแสดงเป็นแผนผังเป็นวงกลมหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า

เพื่อที่จะกำหนดกองกำลังได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องระบุรายชื่อร่างกายทั้งหมดที่ร่างกายภายใต้การศึกษาโต้ตอบด้วย พิจารณาว่าเกิดอะไรขึ้นอันเป็นผลจากการมีปฏิสัมพันธ์กับแต่ละสิ่ง เช่น การเสียดสี การเสียรูป การดึงดูด หรือการผลักกัน กำหนดประเภทของแรงและระบุทิศทางให้ถูกต้อง ความสนใจ! จำนวนแรงจะตรงกับจำนวนวัตถุที่เกิดปฏิสัมพันธ์กัน

สิ่งสำคัญที่ต้องจำ

1) กองกำลังและธรรมชาติของพวกมัน
2) ทิศทางของแรง
3) สามารถระบุกองกำลังรักษาการได้

มีแรงเสียดทานภายนอก (แห้ง) และภายใน (หนืด) แรงเสียดทานภายนอกเกิดขึ้นระหว่างการสัมผัสพื้นผิวแข็ง แรงเสียดทานภายในเกิดขึ้นระหว่างชั้นของของเหลวหรือก๊าซระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ แรงเสียดทานภายนอกมีสามประเภท: แรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานแบบเลื่อน และแรงเสียดทานแบบกลิ้ง

แรงเสียดทานจากการกลิ้งถูกกำหนดโดยสูตร

แรงต้านทานเกิดขึ้นเมื่อร่างกายเคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซ ขนาดของแรงต้านทานขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของร่างกาย ความเร็วของการเคลื่อนที่ และคุณสมบัติของของเหลวหรือก๊าซ เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำ แรงลากจะแปรผันตามความเร็วของร่างกาย

ที่ความเร็วสูงจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็ว

ลองพิจารณาแรงดึงดูดระหว่างวัตถุและโลกกัน ระหว่างพวกเขาตามกฎแห่งแรงโน้มถ่วงจะมีแรงเกิดขึ้น

ทีนี้ลองเปรียบเทียบกฎแห่งแรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วงกัน

ขนาดความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวลของโลกและรัศมีของมัน! ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณด้วยว่าวัตถุความเร่งใดบนดวงจันทร์หรือบนดาวเคราะห์ดวงอื่นจะตกลงมา โดยใช้มวลและรัศมีของดาวเคราะห์ดวงนั้น

ระยะทางจากศูนย์กลางของโลกถึงขั้วนั้นน้อยกว่าเส้นศูนย์สูตร ดังนั้นความเร่งของแรงโน้มถ่วงที่เส้นศูนย์สูตรจึงน้อยกว่าที่ขั้วเล็กน้อย ในเวลาเดียวกันควรสังเกตว่าสาเหตุหลักสำหรับการพึ่งพาความเร่งของแรงโน้มถ่วงในละติจูดของพื้นที่คือข้อเท็จจริงของการหมุนของโลกรอบแกนของมัน

เมื่อเราเคลื่อนออกจากพื้นผิวโลก แรงโน้มถ่วงและความเร่งของแรงโน้มถ่วงจะเปลี่ยนไปในสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างถึงศูนย์กลางของโลก

ส่งผลกระทบต่อร่างกายทั้งหมดในจักรวาลอย่างแน่นอน พลังวิเศษดึงดูดพวกมันมายังโลกด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง (เจาะลึกถึงแกนกลางของมันอย่างแม่นยำยิ่งขึ้น) ไม่มีที่ไหนที่จะหลบหนีไม่มีที่ไหนที่จะซ่อนจากแรงโน้มถ่วงเวทย์มนตร์ที่ครอบคลุมทั้งหมด: ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราไม่เพียงถูกดึงดูดไปยังดวงอาทิตย์ขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังดึงดูดซึ่งกันและกันด้วย วัตถุ โมเลกุล และอะตอมที่เล็กที่สุดทั้งหมดก็ถูกดึงดูดร่วมกันเช่นกัน . รู้จักแม้กระทั่งเด็กเล็ก ๆ ที่ได้อุทิศทั้งชีวิตเพื่อศึกษาปรากฏการณ์นี้หนึ่งในนั้น กฎหมายที่ยิ่งใหญ่ที่สุด- กฎ แรงโน้มถ่วงสากล.

แรงโน้มถ่วงคืออะไร?

ความหมายและสูตรนี้เป็นที่รู้กันมานานแล้วสำหรับหลาย ๆ คน ขอให้เราระลึกว่าแรงโน้มถ่วงเป็นปริมาณหนึ่ง ซึ่งเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงสากล กล่าวคือ แรงที่วัตถุใดๆ ดึงดูดมายังโลกอย่างสม่ำเสมอ

แรงโน้มถ่วงจะแสดงแทน อักษรละตินเอฟ หนัก

แรงโน้มถ่วง: สูตร

จะคำนวณทิศทางไปยังร่างกายเฉพาะได้อย่างไร? คุณต้องรู้ปริมาณอะไรอีกบ้างสำหรับสิ่งนี้? สูตรการคำนวณแรงโน้มถ่วงนั้นค่อนข้างง่ายโดยศึกษาในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 โรงเรียนมัธยมศึกษาเมื่อเริ่มหลักสูตรฟิสิกส์ เพื่อที่จะไม่เพียงเรียนรู้เท่านั้น แต่ยังเข้าใจด้วย เราควรดำเนินการต่อจากข้อเท็จจริงที่ว่าแรงโน้มถ่วงซึ่งกระทำต่อร่างกายอย่างสม่ำเสมอนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าเชิงปริมาณ (มวล)

หน่วยแรงโน้มถ่วงตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ - นิวตัน

มุ่งตรงลงสู่ศูนย์กลางเสมอ แกนโลกด้วยอิทธิพลของมัน ทำให้ทุกศพล้มลงด้วยความเร็วเท่ากัน ปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงใน ชีวิตประจำวันเราเห็นทุกที่และต่อเนื่อง:

• วัตถุที่ปล่อยออกมาจากมือโดยไม่ได้ตั้งใจหรือโดยเจตนา จำเป็นต้องตกลงสู่พื้นโลก (หรือพื้นผิวใดๆ ที่ป้องกันการตกอย่างอิสระ)
• ดาวเทียมที่ปล่อยสู่อวกาศไม่ได้บินออกไปจากโลกของเราในระยะทางไม่แน่นอนในแนวตั้งฉากขึ้นไป แต่ยังคงหมุนอยู่ในวงโคจร
• แม่น้ำทุกสายไหลมาจากภูเขาและไม่สามารถย้อนกลับได้
• บางครั้งมีคนล้มและได้รับบาดเจ็บ
• จุดฝุ่นเล็ก ๆ เกาะอยู่ทุกพื้นผิว
• อากาศมีความเข้มข้นใกล้พื้นผิวโลก
• ยากที่จะถือถุง
• ฝนหยดลงมาจากเมฆ หิมะ และลูกเห็บตก

นอกจากแนวคิดเรื่อง "แรงโน้มถ่วง" แล้ว ยังมีการใช้คำว่า "น้ำหนักตัว" ด้วย หากวางวัตถุไว้บนพื้นผิวแนวราบ น้ำหนักและแรงโน้มถ่วงจะเท่ากัน ดังนั้น แนวคิดทั้งสองนี้จึงมักถูกแทนที่ซึ่งไม่ถูกต้องเลย

ความเร่งของแรงโน้มถ่วง

แนวคิดเรื่อง “ความเร่งของแรงโน้มถ่วง” (หรืออีกนัยหนึ่ง มีความเกี่ยวข้องกับคำว่า “แรงโน้มถ่วง” สูตรนี้แสดงให้เห็นว่า: ในการคำนวณแรงโน้มถ่วง คุณจะต้องคูณมวลด้วย g (ความเร่งของแรงโน้มถ่วง) .

"g" = 9.8 N/kg นี่คือค่าคงที่ อย่างไรก็ตาม การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นแสดงให้เห็นว่าเนื่องจากการหมุนของโลก ค่าความเร่งของเซนต์ n. ไม่เหมือนกันและขึ้นอยู่กับละติจูด: ที่ขั้วโลกเหนือ = 9.832 N/kg และที่เส้นศูนย์สูตรร้อน = 9.78 N/kg ปรากฎว่าในสถานที่ต่าง ๆ บนโลกนี้มีร่างกายอยู่ด้วย มวลเท่ากันทิศทางของแรงโน้มถ่วงต่างกัน (สูตร มก. ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง) สำหรับการคำนวณเชิงปฏิบัติ มีการตัดสินใจว่าจะยอมให้ค่านี้เกิดข้อผิดพลาดเล็กน้อย และใช้ค่าเฉลี่ย 9.8 N/kg

สัดส่วนของปริมาณเช่นแรงโน้มถ่วง (สูตรพิสูจน์สิ่งนี้) ช่วยให้คุณสามารถวัดน้ำหนักของวัตถุด้วยไดนาโมมิเตอร์ (คล้ายกับธุรกิจในครัวเรือนทั่วไป) โปรดทราบว่าอุปกรณ์จะแสดงเฉพาะความแข็งแกร่งเท่านั้น เนื่องจากต้องทราบค่า g ของภูมิภาคเพื่อกำหนดน้ำหนักตัวที่แน่นอน

แรงโน้มถ่วงกระทำที่ระยะห่าง (ทั้งใกล้และไกล) จากศูนย์กลางโลกหรือไม่? นิวตันตั้งสมมติฐานว่ามันออกฤทธิ์กับวัตถุแม้ในระยะห่างจากโลกมาก แต่ค่าของมันจะลดลงในสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากวัตถุถึงแกนกลางของโลก

แรงโน้มถ่วงในระบบสุริยะ

มีคำจำกัดความและสูตรเกี่ยวกับดาวเคราะห์ดวงอื่นที่ยังคงมีความเกี่ยวข้องหรือไม่ มีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวในความหมายของ "g":

• บนดวงจันทร์ = 1.62 N/kg (น้อยกว่าบนโลกหกเท่า)
• บนดาวเนปจูน = 13.5 N/kg (สูงกว่าบนโลกเกือบหนึ่งเท่าครึ่ง)
• บนดาวอังคาร = 3.73 N/kg (น้อยกว่าบนโลกของเรามากกว่าสองเท่าครึ่ง)
• บนดาวเสาร์ = 10.44 N/kg;
• บนดาวพุธ = 3.7 N/kg;
• บนดาวศุกร์ = 8.8 N/kg;
• บนดาวยูเรนัส = 9.8 N/kg (เกือบจะเท่ากับของเรา)
• บนดาวพฤหัสบดี = 24 N/kg (สูงกว่าเกือบสองเท่าครึ่ง)

แรงโน้มถ่วงคือแรงที่โลกดึงดูดวัตถุที่อยู่ใกล้พื้นผิว .

ปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงสามารถสังเกตได้ทุกที่ในโลกรอบตัวเรา ลูกบอลที่โยนขึ้นไปล้มลง ก้อนหินที่ถูกโยนในแนวนอนจะจบลงที่พื้นเมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง ดาวเทียมประดิษฐ์ที่ปล่อยจากโลกเนื่องจากผลของแรงโน้มถ่วงไม่ได้บินเป็นเส้นตรง แต่เคลื่อนที่รอบโลก

แรงโน้มถ่วงมุ่งลงสู่แนวดิ่งลงสู่ศูนย์กลางโลกเสมอ แสดงด้วยอักษรละติน เอฟ ที (ต- ความหนักเบา) แรงโน้มถ่วงถูกนำไปใช้กับจุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย

ในการค้นหาจุดศูนย์ถ่วงของรูปร่างใดๆ คุณจำเป็นต้องแขวนลำตัวไว้บนด้ายที่จุดต่างๆ จุดตัดของทุกทิศทางที่ด้ายทำเครื่องหมายไว้จะเป็นจุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย จุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย แบบฟอร์มที่ถูกต้องตั้งอยู่ที่ศูนย์กลางของสมมาตรของร่างกาย และไม่จำเป็นต้องเป็นส่วนหนึ่งของร่างกาย (เช่น ศูนย์กลางของสมมาตรของวงแหวน)

สำหรับวัตถุที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลก แรงโน้มถ่วงจะเท่ากับ:

มวลของโลกอยู่ที่ไหน ม- น้ำหนักตัว ร- รัศมีของโลก

หากแรงนี้กระทำต่อร่างกาย (และแรงอื่นๆ ทั้งหมดสมดุล) ก็จะเกิดการตกอย่างอิสระ ความเร่งของการตกอย่างอิสระนี้สามารถหาได้จากการใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน:

(2)

จากสูตรนี้สรุปได้ว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วงไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของร่างกาย มดังนั้นจึงเหมือนกันสำหรับร่างกายทั้งหมด ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน แรงโน้มถ่วงสามารถนิยามได้ว่าเป็นผลคูณของมวลของร่างกายและความเร่งของมัน (ในกรณีนี้ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ก);

แรงโน้มถ่วงซึ่งกระทำต่อร่างกายมีค่าเท่ากับผลคูณของมวลร่างกายและความเร่งของแรงโน้มถ่วง

เช่นเดียวกับกฎข้อที่สองของนิวตัน สูตร (2) ใช้ได้เฉพาะในกรอบอ้างอิงเฉื่อยเท่านั้น บนพื้นผิวโลก ระบบอ้างอิงเฉื่อยสามารถเป็นระบบที่เกี่ยวข้องกับขั้วของโลกเท่านั้น ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการหมุนรอบตัวเองในแต่ละวัน ประเด็นอื่นๆ ทั้งหมด พื้นผิวโลกเคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยความเร่งสู่ศูนย์กลาง และระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับจุดเหล่านี้ไม่ใช่แรงเฉื่อย

เนื่องจากการหมุนของโลก ความเร่งของแรงโน้มถ่วงที่ละติจูดต่างกันจึงแตกต่างกัน อย่างไรก็ตามความเร่งของการตกอย่างอิสระในภูมิภาคต่าง ๆ ของโลกนั้นแตกต่างกันน้อยมากและแตกต่างน้อยมากจากค่าที่คำนวณโดยสูตร

ดังนั้นในการคำนวณคร่าวๆ การไม่เฉื่อยของระบบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวโลกจึงถูกละเลย และการเร่งความเร็วของการตกอย่างอิสระจะถือว่าเท่ากันทุกที่

คำนิยาม

ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่มีต่อโลก วัตถุทั้งหมดตกลงมาด้วยความเร่งที่เท่ากันเมื่อเทียบกับพื้นผิวของมัน

ความเร่งนี้เรียกว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วง และเขียนแทนด้วย: g ค่าของมันในระบบ SI ถือว่าเท่ากับ g = 9.80665 m/s 2 - นี่คือค่ามาตรฐานที่เรียกว่า

ข้อความข้างต้นหมายความว่าในหน้าต่างอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลก วัตถุใดๆ ที่มีมวล m จะถูกกระทำด้วยแรงเท่ากับ:

ซึ่งเรียกว่าแรงโน้มถ่วง

หากวัตถุอยู่นิ่งบนพื้นผิวโลก แรงโน้มถ่วงก็จะสมดุลโดยปฏิกิริยาของสารแขวนลอยหรือส่วนรองรับ ซึ่งจะทำให้ร่างกายไม่ตก (น้ำหนักตัว)

ความแตกต่างระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงดึงดูดของโลก เพื่อให้แม่นยำ ควรสังเกตว่าเนื่องจากความเฉื่อยของกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลก แรงโน้มถ่วงจึงแตกต่างจากแรงดึงดูดของโลก ความเร่งที่สอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของวงโคจรจะน้อยกว่าความเร่งที่เกี่ยวข้องกับการหมุนรอบโลกในแต่ละวันอย่างมาก กรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับโลกหมุนสัมพันธ์กับกรอบเฉื่อยด้วยความเร็วเชิงมุม

=const. ดังนั้นเมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมพันธ์กับโลก เราควรคำนึงถึงแรงเหวี่ยงของความเฉื่อย (F in) เท่ากับ:

โดยที่ m คือมวลของร่างกาย r คือระยะห่างจากแกนโลก หากวัตถุไม่ได้อยู่สูงจากพื้นผิวโลก (เมื่อเปรียบเทียบกับรัศมีของโลก) เราก็สามารถสรุปได้ว่า

โดยที่ RZ คือรัศมีของโลก คือละติจูดของพื้นที่

ในกรณีนี้ ความเร่งของการตกอย่างอิสระ (g) สัมพันธ์กับโลกจะถูกกำหนดโดยการกระทำของแรง: แรงดึงดูดโลก () และแรงเฉื่อย () ในกรณีนี้ แรงโน้มถ่วงเป็นผลจากแรงเหล่านี้:

เนื่องจากแรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุที่มีมวล m มีความเร่งเท่ากับ ดังนั้น ความสัมพันธ์ (1) จึงใช้ได้

ความแตกต่างระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงดึงดูดของโลกมีน้อย เพราะ . เช่นเดียวกับแรงแรงโน้มถ่วงใด ๆ -ปริมาณเวกเตอร์

- ทิศทางของแรงนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของด้ายที่ยืดออกโดยแรงซึ่งเรียกว่าทิศทางลูกดิ่ง แรงนั้นมุ่งตรงไปยังศูนย์กลางของโลก ซึ่งหมายความว่าเส้นดิ่งนั้นมุ่งตรงไปที่เสาและเส้นศูนย์สูตรเท่านั้น ที่ละติจูดอื่น มุมเบี่ยงเบน () จากทิศทางถึงศูนย์กลางโลกจะเท่ากับ: ความแตกต่างระหว่าง Fg -P สูงสุดที่เส้นศูนย์สูตรคือ 0.3% ของขนาดของแรง Fg เพราะแบนราบใกล้ขั้ว แล้ว F g จะมีละติจูดแปรผันบ้าง ที่เส้นศูนย์สูตรจึงน้อยกว่าที่ขั้ว 0.2% ผลที่ได้คือ ความเร่ง g แปรผันตามละติจูดจาก 9.780 เมตร/วินาที 2 (เส้นศูนย์สูตร) ​​ถึง 9.832 เมตร/วินาที 2 (ขั้ว)

ด้วยความเคารพต่อกรอบอ้างอิงเฉื่อย (เช่น เฮลิโอเซนตริก CO) วัตถุที่ตกอย่างอิสระจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง (a) แตกต่างจาก g ซึ่งมีขนาดเท่ากัน:

และสอดคล้องกับทิศทางของแรง

หน่วยแรงโน้มถ่วง

หน่วยแรงโน้มถ่วง SI พื้นฐานคือ: [P]=H

ใน GHS: [P]=din

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง

ออกกำลังกาย.พิจารณาว่าแรงโน้มถ่วงบนโลก (P1) มีมากกว่าแรงโน้มถ่วงบนดวงจันทร์กี่ครั้ง (P2)

สารละลาย.โมดูลัสแรงโน้มถ่วงถูกกำหนดโดยสูตร:

ถ้าเราหมายถึงแรงโน้มถ่วงบนโลก เราจะใช้ m/s^2 เป็นตัวเร่งความเร็วของแรงโน้มถ่วง ในการคำนวณแรงโน้มถ่วงบนดวงจันทร์ เราจะใช้หนังสืออ้างอิงเพื่อค้นหาความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนดาวเคราะห์ดวงนี้ ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1.6 m/s^2

ดังนั้น เพื่อตอบคำถามที่ถูกตั้งไว้ เราควรค้นหาความสัมพันธ์:

เรามาคำนวณกัน:

คำตอบ.

ตัวอย่าง

ออกกำลังกาย.ได้นิพจน์ที่เกี่ยวข้องกับละติจูดและมุมที่เกิดจากเวกเตอร์แรงโน้มถ่วงและเวกเตอร์แรงโน้มถ่วงที่มีต่อโลก

สารละลาย.มุมที่เกิดขึ้นระหว่างทิศทางของแรงดึงดูดของโลกกับทิศทางของแรงโน้มถ่วงสามารถประมาณได้โดยพิจารณาจากรูปที่ 1 และใช้ทฤษฎีบทไซน์ รูปที่ 1 แสดง: – แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของความเฉื่อยซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนของโลกรอบแกนของมัน – แรงโน้มถ่วง – แรงดึงดูดของวัตถุมายังโลก มุมคือละติจูดของพื้นที่บนโลก

ฉันไม่เข้าใจบทเรียนฟิสิกส์และไม่รู้วิธีกำหนดแรงโน้มถ่วง!

คำตอบ

แรงโน้มถ่วงเป็นคุณสมบัติของวัตถุที่มีมวลดึงดูดกันวัตถุที่มีมวลมักจะดึงดูดกันเสมอ การดึงดูดวัตถุที่มีมวลมากในระดับดาราศาสตร์ทำให้เกิดพลังสำคัญที่ทำให้โลกเป็นแบบที่เรารู้จัก

แรงโน้มถ่วงเป็นสาเหตุของแรงโน้มถ่วงของโลกซึ่งทำให้วัตถุตกเข้าหามัน ด้วยแรงโน้มถ่วง ดวงจันทร์จึงหมุนรอบโลก โลกและดาวเคราะห์อื่นๆ หมุนรอบดวงอาทิตย์ ระบบสุริยะ— รอบใจกลางกาแล็กซี

ในวิชาฟิสิกส์ แรงโน้มถ่วงคือแรงที่วัตถุกระทำต่อสิ่งรองรับหรือระบบกันสะเทือนในแนวดิ่ง แรงนี้มุ่งลงสู่แนวตั้งเสมอ

F คือแรงที่ร่างกายกระทำ มีหน่วยวัดเป็นนิวตัน (N)
m คือมวล (น้ำหนัก) ของร่างกาย วัดเป็นกิโลกรัม (กก.)
g คือความเร่งของการตกอย่างอิสระ มีหน่วยวัดเป็นนิวตันหารด้วยกิโลกรัม (N/kg) มีค่าคงที่และโดยเฉลี่ยบนพื้นผิวโลกคือ 9.8 N/kg

จะกำหนดแรงดึงดูดได้อย่างไร?

ตัวอย่าง:

ให้มวลของกระเป๋าเดินทางเท่ากับ 15 กิโลกรัม จากนั้นเราจะใช้สูตรเพื่อหาแรงดึงดูดของกระเป๋าเดินทางสู่โลก:

F= ม.*ก = 15*9.8 = 147 นิวตัน

นั่นคือแรงดึงดูดของกระเป๋าเดินทางคือ 147 นิวตัน

ค่าของ g สำหรับดาวเคราะห์โลกไม่เท่ากัน - ที่เส้นศูนย์สูตรมีค่าเท่ากับ 9.83 N/kg และที่ขั้วเท่ากับ 9.78 N/kg ดังนั้นเราจึงนำค่าเฉลี่ยที่เราใช้ในการคำนวณ ค่าที่แม่นยำสำหรับภูมิภาคต่างๆ ของโลกถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และยังให้ความสนใจกับกีฬาด้วย เมื่อฝึกนักกีฬาให้เข้าร่วมการแข่งขันในประเทศอื่น ๆ

ข้อมูลทางประวัติศาสตร์: ไอแซก นิวตัน นักฟิสิกส์ชื่อดังชาวอังกฤษ คำนวณ g เป็นครั้งแรก และได้สูตรสำหรับแรงโน้มถ่วง หรือให้แม่นยำยิ่งขึ้นคือสูตรสำหรับแรงที่วัตถุกระทำต่อวัตถุอื่นในปี 1687 เป็นเกียรติแก่พระองค์ที่ทรงตั้งชื่อหน่วยวัดแรง มีตำนานเล่าว่านิวตันเริ่มสำรวจประเด็นแรงโน้มถ่วงหลังจากที่แอปเปิ้ลหล่นใส่หัว