Gravitační síla je centrální síla: Proč, jak a podrobné vhledy

by

V tomto článku probereme, zda je gravitace konzervativní nebo nekonzervativní síla, a za druhé, je gravitační síla centrální nebo necentrální síla.

Gravitační síla je považována za konzervativní sílu, protože práce vykonaná na objektu při cestě z jedné polohy do druhé je nezávislá na zabraném čase a velikost síly je konstantní.

Co je gravitační síla

Gravitační síla je jednou ze základních přírodních sil a je nejslabší přitažlivou silou.

Tyto dva hmotné předměty působí silou přitažlivosti na sebe a tato síla je centralizována v ohnisku mezi linií spojující dva objekty. Jak se vzdálenost mezi těmito dvěma zvětšuje, tato gravitační síla mezi oběma se stává slabší a slabší o druhou mocninu vzdálenosti oddělující je oba.

Gravitační zákon říká, že „každý objekt přitahuje každý jiný objekt ve vesmíru silou, která je přímo úměrná součinu dvou objektů a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi“ a je označen rovnicí:

F=G*(m1m2)/r2

G = 6.67 x 10-11

Kde

m1 je hmotnost objektu 1

je hmotnost objektu 1

m2 je hmotnost objektu 2

je hmotnost objektu 2

'r' je vzdálenost mezi dvěma objekty

Při r=∞ bude gravitační síla rovna nule.

Proč je gravitační síla centrální silou

Když jsou dvě tělesa ohraničena přitažlivou přitažlivou silou, je působící síla stejně velká a působí v opačných směrech vůči sobě navzájem oddělených vzdáleností.

Představte si satelit obíhající kolem Země. Hmotnost družice ve srovnání se Zemí je velmi zanedbatelná, a proto se Země zrychlí velmi nepatrnou rychlostí než družice. Gravitační přitažlivost mezi oběma způsobí, že satelit, který má menší hmotnost než Země, bude otáčet kolem Země po kruhové dráze. Toto navazuje na Keplerovu 2nd Zákon, podle kterého "čára spojující satelit s planetou Zemí zamete stejné oblasti ve stejném časovém intervalu".

Aby se těleso udrželo v nepřetržitém pohybu, musí síla vždy působit směrem ke středu a rychlost předmětu musí radiálně směřovat ven. Velikost síly v ohnisku závisí na délce vzdálenosti mezi těžišti obou systémů. Gravitační síla mezi těmito dvěma udržuje satelit otáčet se kolem Země na kruhové dráze, takže gravitační síla je centrální silou.

je gravitační síla centrální síla
Satelit obíhající kolem planety Země; Kredit obrázku: Quora

Satelit kolem planety se bude pohybovat rovnoměrným kruhovým pohybem působením a dostředivá síla dána

Fc=mv2/r

Přirovnáváme to k rovnici gravitační síly

mv2/r =G*(Mm)/r2

CodeCogsEqn 8 4

'v' je rychlost obíhající družice kolem Země.

Cyklus si udržuje svou hybnost při jízdě ve skutečnosti díky centrální síle absorbované rotujícími koly, která pomáhají udržovat hybnost cyklu konstantní, a proto je jezdec schopen udržet cyklus ve vertikální poloze. Pokud je hybnost aplikovaná na cyklus rovna nule, cyklus spadne na zem. Směr moment hybnosti leží podél osy rotace. Čím větší je rychlost kol, tím větší bude hybnost cyklu. Můžeme jezdit na kole hybnost je zachována kvůli kruhovému pohybu kol.

Stejným způsobem, hybnost satelitu je zachována v důsledku centrální síly působící v důsledku gravitační síly mezi Zemí a satelitem.

Proč je gravitace konzervativní silou

Gravitace je síla přitažlivosti, kterou zažívají předměty směrem ke středu Země. Každý objekt, který má hmotnost, má těžiště a je vzájemně spojen gravitační přitažlivostí. Gravitační síla je síla dlouhého dosahu mezi dvěma hmotnými tělesy a nezávisí na žádném poli, a proto je to bezkontaktní síla.

Hmotnost jakéhokoli objektu na Zemi bude hmotnost krát zrychlení způsobené gravitací. The potenciální energie objektu v určité výšce nad povrchem Země je PE = mgh. Práce vykonaná při vynesení objektu z výšky „h“ na povrch Země je stejná jako potenciální energie spojená s tímto objektem v konkrétní výšce „h“.

Tělo v klidu má spojenou nějakou potenciální energii, pokud dojde k nepatrné změně potenciální energie, pak je zřejmé, že systém vykonal nějakou práci. Práce vykonaná v těsné dráze je vždy nulová, protože síla působící na tělesa je nezávislá na dráze, kterou urazí, a proto je gravitační síla zachována.

Práce na přemístění objektu z jednoho místa na druhé je

Práce na přemístění satelitu z bodu 1 do bodu 2 byla provedena

CodeCogsEqn 11 3

Protože práce je spojena s potenciální energií, Potenciální energie U= -G*(m1m2)/r2

Projekt záporné znaménko znamená, že gravitační síla je vždy atraktivní.

ProtoForce F=-dU/dr;

V centrální síle je celková energie TE = KE + PE =(1/2)mv2+mgh

Projekt moment hybnosti mezi dvěma hmotami L=r*mv=konstanta

To znamená, že hybnost objektu na oběžné dráze je zachována a v tomto procesu se nevykonává žádná práce, takže se zachovává celková energie. Proto je gravitační síla konzervativní.

Jednotka gravitační síly

Jednotkou gravitační síly je Newton, pro svůj objev pojmenován po vědci Isaacu Newtonovi.

Hodnota univerzální gravitační konstanty G je 6.67*10-11 Nm2/ kg2. V jednotce ČGS máme

CodeCogsEqn 12 4

Jednotkou gravitační síly je tedy Newton.

Přečtěte si více o Gravitační síla je kontaktní síla: Proč, jak, kdy a podrobná fakta

Často kladené otázky

Jaká gravitační síla působí na těleso o hmotnosti 1.5 kg na povrchu Země?

Víme:

Hmotnost Země ME= 5.98 * 1024 kg

Hmotnost předmětu m=1.5kg

Poloměr Země r=6.38*106m

Gravitační zrychlení g=9.8m/s2

Gravitační konstanta G=6.67*10-11Nm2kg2

Řešení:

CodeCogsEqn 13 3

Jaký je rozsah gravitační síly?

Gravitační síla je stejně velká a působí v opačných směrech vůči sobě.

Rozsah gravitační síly je nekonečný. Gravitační síla je nejsilnější mezi objekty s vysokou hmotností a jsou nejblíže k sobě; totéž se stává slabší, pokud je vzdálenost mezi objekty mnohem větší a v nekonečné vzdálenosti není pozorována žádná gravitační síla.

Co je to centrální síla?

Síla pružiny, elektrostatická síla, gravitační síla, dostředivé síly jsou některé příklady centrálního síly.

Síla působící na objekt směřuje podél čáry spojující objekt a počátek se nazývá centrální síla.

Budete pozorovat změnu své hmotnosti, když se přestěhujete z Goa do Grónska?

Ano. Grónsko se nachází poblíž severního pólu Země.

Vzhledem k tomu, že gravitační zrychlení je na pólech větší, dojde k mírnému zvýšení hmotnosti, než je vaše hmotnost naměřená v Goa.

Také čtení:

     

Zanechat komentář