Painovoima on yksi fysiikan perusvoimista. Painovoiman tärkein piirre on se, että se on universaali: kaikilla esineillä on painovoima, joka houkuttelee niihin muita esineitä. Mihin tahansa kohteeseen vaikuttava painovoima riippuu kummankin kohteen massasta ja niiden välisestä etäisyydestä.
Askeleet
Osa 1/2: Painovoiman laskeminen kahden kohteen välillä
Vaihe 1. Määritä yhtälö vetovoiman vetovoimaksi, joka vetää puoleensa objektin, Fgrav = (Gm1m2)/d2.
Jotta voidaan laskea kohteen painovoima oikein, tämä yhtälö ottaa huomioon molempien esineiden massat ja sen, kuinka kaukana esineet ovat toisistaan. Muuttujat on määritelty alla.
- Fgrav on painovoimasta johtuva voima
- G on universaali painovoima 6,673 x 10-11 Nm2/kg2
- m1 on ensimmäisen esineen massa
- m2 on toisen kappaleen massa
- d on kahden kohteen keskipisteiden välinen etäisyys
- Joskus näet r -kirjaimen d -kirjaimen sijasta. Molemmat symbolit edustavat kahden kohteen välistä etäisyyttä.
Vaihe 2. Käytä oikeita metriyksiköitä
Tätä yhtälöä varten sinun on käytettävä metrisiä yksiköitä. Esineiden massan on oltava kilogrammoina (kg) ja etäisyyden on oltava metreinä (m). Sinun on muunnettava nämä yksiköt ennen laskennan jatkamista.
Vaihe 3. Määritä kyseisen kohteen massa
Pienemmille esineille voit punnita ne asteikolla tai vaa'alla niiden painon määrittämiseksi grammoina. Suurempien esineiden osalta sinun on etsittävä arvioitu massa taulukosta tai verkossa. Fysiikan ongelmissa esineen massa annetaan yleensä sinulle.
Vaihe 4. Mittaa kahden kohteen välinen etäisyys
Jos yrität laskea painovoimaa kohteen ja maan välillä, sinun on määritettävä, kuinka kaukana kohde on maan keskipisteestä.
- Etäisyys maan pinnasta keskipisteeseen on noin 6,38 x 106 m.
- Löydät taulukoita ja muita resursseja verkossa, jotka antavat sinulle likimääräiset etäisyydet maan keskipisteestä esineisiin, jotka sijaitsevat eri korkeuksilla.
Vaihe 5. Ratkaise yhtälö
Kun olet määrittänyt yhtälösi muuttujat, voit liittää ne ja ratkaista ne. Varmista, että kaikki yksiköt ovat metrisiä ja oikeassa mittakaavassa. Massan tulee olla kilogrammoina ja etäisyyden metreinä. Ratkaise yhtälö käyttämällä oikeaa toimintojärjestystä.
- Esimerkiksi: Määritä 68 kg painavan ihmisen painovoima maan pinnalla. Maan massa on 5,98 x 1024 kg.
- Varmista, että kaikissa muuttujissasi on oikeat yksiköt. m1 = 5,98 x 1024 kg, m2 = 68 kg, G = 6,673 x 10-11 Nm2/kg2ja d = 6,38 x 106 m
- Kirjoita yhtälösi: F.grav = (Gm1m2)/d2 = [(6,67 x 10-11) x 68 x (5,98 x 1024)]/(6,38 x 106)2
- Kerro kahden kohteen massat yhteen. 68 x (5,98 x 1024) = 4,06 x 1026
- Kerro m: n tulo1 ja m2 painovoiman G avulla. (4,06 x 1026) x (6,67 x 10)-11) = 2,708 x 1016
- Neliöi kahden kohteen välinen etäisyys. (6,38 x 106)2 = 4,07 x 1013
- Jaa G x m: n tulo1 x m2 etäisyydellä neliöstä painovoiman löytämiseksi Newtonissa (N). 2,708 x 1016/4,07 x 1013 = 665 N
- Painovoima on 665 N.
Osa 2/2: Painovoiman laskeminen maapallolla
Vaihe 1. Ymmärtäkää Newtonin toinen liikelaki, F = ma
Newtonin toinen liikelaki sanoo, että mikä tahansa esine kiihtyy, kun siihen kohdistuu verkko- tai epätasapainoinen voima. Toisin sanoen, jos voima vaikuttaa esineeseen, joka on suurempi kuin vastakkaiseen suuntaan vaikuttavat voimat, esine kiihtyy suuremman voiman suuntaan.
- Tämä laki voidaan tiivistää yhtälöllä F = ma, jossa F on voima, m on kappaleen massa ja a on kiihtyvyys.
- Tämän lain avulla voimme laskea minkä tahansa maan pinnalla olevan kohteen painovoiman käyttämällä tunnettua painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä.
Vaihe 2. Tiedä maan painovoiman aiheuttama kiihtyvyys
Maapallolla painovoima saa esineet kiihtymään nopeudella 9,8 m/s2. Maan pinnalla voimme käyttää yksinkertaistettua yhtälöä Fgrav = mg painovoiman laskemiseksi.
Jos haluat tarkemman voiman lähentämisen, voit silti käyttää yllä olevaa yhtälöä Fgrav = (GMmaam)/d2 painovoiman määrittämiseksi.
Vaihe 3. Käytä oikeita metriyksiköitä
Tätä yhtälöä varten sinun on käytettävä metrisiä yksiköitä. Kohteen massan on oltava kilogrammoina (kg) ja kiihtyvyyden on oltava metriä sekunnissa (m/s)2). Sinun on muunnettava nämä yksiköt ennen laskennan jatkamista.
Vaihe 4. Määritä kyseisen kohteen massa
Pienemmille esineille voit punnita ne asteikolla tai vaa'alla ja määrittää sen painon kilogrammoina (kg). Suurempien esineiden osalta sinun on etsittävä arvioitu massa taulukosta tai verkossa. Fysiikan ongelmissa esineen massa annetaan yleensä sinulle.
Vaihe 5. Ratkaise yhtälö
Kun olet määrittänyt yhtälösi muuttujat, voit liittää ne ja ratkaista ne. Varmista, että kaikki yksiköt ovat metrisiä ja oikeassa mittakaavassa. Massan tulee olla kilogrammoina ja etäisyyden metreinä. Ratkaise yhtälö käyttämällä oikeaa toimintojärjestystä.
- Käytetään samaa yhtälöä ylhäältä ja katsotaan kuinka lähellä likimääräinen on. Määritä 68 kg painavan ihmisen painovoima maan pinnalla.
- Varmista, että kaikissa muuttujissasi on oikeat yksiköt: m = 68 kg, g = 9,8 m/s2.
- Kirjoita yhtälösi. Fgrav = mg = 68*9,8 = 666 N.
- Kun F = mg, painovoima on 666 N, kun taas tarkempaa yhtälöä käyttämällä saadaan voima 665 N. Kuten näette, nämä arvot ovat lähes identtiset.
Video - Käyttämällä tätä palvelua joitakin tietoja voidaan jakaa YouTuben kanssa
Vinkkejä
- Näiden kahden kaavan pitäisi antaa sama tulos, mutta lyhyempi kaava on yksinkertaisempi käyttää, kun keskustellaan planeetan pinnalla olevista esineistä.
- Käytä ensimmäistä kaavaa, jos et tiedä planeetan painovoimasta johtuvaa kiihtyvyyttä tai jos määrität painovoiman kahden erittäin suuren kohteen, kuten kuun ja planeetan, välillä.
