Čo znamená g vo fyzike? Zákon gravitácie, zrýchlenie voľného pádu a telesná hmotnosť

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 17:55

Na uľahčenie práce s rôznymi veličinami vo fyzike sa používa ich štandardný zápis. Vďaka nim si každý ľahko zapamätá mnoho dôležitých vzorcov pre určité procesy. V tomto článku sa budeme zaoberať otázkou, čo znamená g. vo fyzike

fenomén gravitácie

Aby ste pochopili, čo znamená g vo fyzike (tejto téme sa venuje 7. ročník stredných škôl), mali by ste sa zoznámiť s fenoménom gravitácie. Isaac Newton vydal koncom 17. storočia svoje slávne vedecké dielo, v ktorom sformuloval základné princípy mechaniky. V tejto práci vyzdvihol osobitné miesto pre takzvaný zákon univerzálnej gravitácie. Všetky telesá, ktoré majú konečnú hmotnosť, sa podľa neho navzájom priťahujú, bez ohľadu na vzdialenosť medzi nimi. Príťažlivá sila medzi telesami s hmotnosťou m₁, m_{2 sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:}

F=Gm₁m₂/r^2.

Tu G - univerzálna gravitačná konštanta, r -vzdialenosť medzi ťažiskami telies v priestore. Sila F sa nazýva gravitačná interakcia, ktorá podobne ako Coulombova sila klesá so štvorcom vzdialenosti, no na rozdiel od Coulombovej sily je gravitácia iba príťažlivá.

Zrýchlenie voľného pádu

Názov tohto odseku článku je odpoveďou na otázku, čo znamená písmeno g vo fyzike. Používa sa preto, že latinské slovo pre „gravitáciu“je gravitas. Teraz zostáva pochopiť, čo je zrýchlenie voľného pádu. Za týmto účelom zvážte, aká sila pôsobí na každé teleso nachádzajúce sa blízko povrchu Zeme. Nech má teleso hmotnosť m, potom dostaneme:

F=Gm M /R²=mg, kde g=GM/R^2.

M, R sú hmotnosť a polomer našej planéty. Všimnite si, že aj keď je teleso v určitej výške h nad povrchom, potom je táto výška oveľa menšia ako R, takže ju možno vo vzorci ignorovať. Vypočítajte hodnotu g:

g=GM/R²=6, 6710^-115, 97210 24^/(6371000)2^{=9,81 m/c}2^.

Čo znamená g vo fyzike? Zrýchlenie g je hodnota, o ktorú sa zvyšuje rýchlosť absolútne akéhokoľvek telesa, ktoré voľne padá na povrch Zeme. Z výpočtov vyplýva, že nárast rýchlosti za každú sekundu pádu je 9,81 m/s (35,3 km/h).

Upozorňujeme, že hodnota g nezávisí od telesnej hmotnosti. V skutočnosti je vidieť, že hustejšie telesá padajú rýchlejšie a menejhustý. Stáva sa to preto, že na ne pôsobia rôzne sily odporu vzduchu, a nie rôzne gravitačné sily.

Vzorec uvedený vyššie vám umožňuje určiť g nielen pre našu Zem, ale aj pre akúkoľvek inú planétu. Ak do nej napríklad dosadíme hmotnosť a polomer Marsu, dostaneme hodnotu 3,7 m/s2, čo je takmer 2,7-krát menej ako na Zemi.

Telesná hmotnosť a zrýchlenie g

Vyššie sme sa pozreli na to, čo znamená g vo fyzike, ukázalo sa tiež, že toto je zrýchlenie, s ktorým padajú všetky telesá vo vzduchu a g je tiež koeficient pri výpočte gravitácie.

Teraz zvážte situáciu, keď je telo v pokoji, napríklad pohár je na stole. Pôsobia naň dve sily – gravitácia a podporné reakcie. Prvý súvisí s gravitáciou a smeruje nadol, druhý je spôsobený elasticitou materiálu stola a smeruje nahor. Pohár neletí hore a neprepadne cez stôl len preto, že sa obe sily navzájom vyrovnávajú. V tomto prípade sa sila, ktorou telo (sklo) tlačí na podperu (stôl), nazýva hmotnosť tela. Je zrejmé, že výraz pre to bude mať tvar:

P=mg.

Telesná hmotnosť je premenlivá hodnota. Vzorec napísaný vyššie platí pre stav pokoja alebo rovnomerného pohybu. Ak sa telo pohybuje so zrýchlením, jeho hmotnosť sa môže zvyšovať aj znižovať. Napríklad hmotnosť astronautov, ktorých booster vypustí na nízku obežnú dráhu Zeme, sa počas štartu niekoľkokrát zvýši.