Mitä g tarkoittaa fysiikassa? Painovoimalaki, vapaan pudotuksen kiihtyvyys ja kehon paino

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 17:46

Jotta fysiikan eri suureiden kanssa työskentely olisi kätevää, käytetään niiden vakiomerkintää. Niiden ansiosta jokainen muistaa helposti monia tärkeitä kaavoja tietyille prosesseille. Tässä artikkelissa pohditaan kysymystä siitä, mitä g. tarkoittaa fysiikassa

Painovoimailmiö

Ymmärtääksesi mitä g tarkoittaa fysiikassa (tätä aihetta käsitellään lukion 7. luokalla), sinun tulee tutustua painovoimailmiöön. 1600-luvun lopulla Isaac Newton julkaisi kuuluisan tieteellisen työnsä, jossa hän muotoili mekaniikan perusperiaatteet. Tässä työssä hän korosti erityisen paikan niin kutsutulle universaalin painovoiman laille. Hänen mukaansa kaikki kappaleet, joilla on äärellinen massa, vetoavat toisiinsa riippumatta niiden välisestä etäisyydestä. Massien m₁, m_{2 kappaleiden välinen vetovoima lasketaan seuraavalla kaavalla:}

F=Gm₁m₂/r^2.

Tässä G - universaali gravitaatiovakio, r -kappaleiden massakeskipisteiden välinen etäisyys avaruudessa. Voimaa F kutsutaan gravitaatiovuorovaikutukseksi, joka, kuten Coulombin voima, pienenee etäisyyden neliön myötä, mutta toisin kuin Coulombin voima, painovoima on vain houkutteleva.

Vapaapudotuskiihdytys

Artikkelin tämän kappaleen otsikko on vastaus kysymykseen, mitä g-kirjain tarkoittaa fysiikassa. Sitä käytetään, koska latinan sana "painovoimalle" on gravitas. Nyt on vielä ymmärrettävä, mitä vapaa pudotuskiihtyvyys on. Tätä varten harkitse, mikä voima vaikuttaa jokaiseen kappaleeseen, joka sijaitsee lähellä maan pintaa. Olkoon keholla massa m, niin saamme:

F=Gm M /R²=mg, missä g=GM/R^2.

Tässä M, R ovat planeettamme massa ja säde. Huomaa, että vaikka kappale olisi tietyllä korkeudella h pinnan yläpuolella, tämä korkeus on paljon pienempi kuin R, joten se voidaan jättää huomioimatta kaavassa. Laske g:n arvo:

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

Mitä g tarkoittaa fysiikassa? Kiihtyvyys g on arvo, jolla absoluuttisesti minkä tahansa vapaasti maan pinnalle putoavan kappaleen nopeus kasvaa. Laskelmista seuraa, että nopeuden lisäys jokaista pudotussekuntia kohden on 9,81 m/s (35,3 km/h).

Huomaa, että g:n arvo ei riipu kehon massasta. Itse asiassa voidaan nähdä, että tiheämmät kappaleet putoavat nopeammin vähemmäntiheä. Tämä johtuu siitä, että niihin vaikuttavat erilaiset ilmanvastusvoimat eivätkä erilaiset painovoimat.

Yllä olevan kaavan avulla voit määrittää g:n ei vain maallemme, vaan myös mille tahansa muulle planeetalle. Jos esimerkiksi korvaamme Marsin massan ja säteen, saamme arvon 3,7 m/s2, mikä on lähes 2,7 kertaa vähemmän kuin Maan.

Kehon paino ja kiihtyvyys g

Yllä tarkastelimme mitä g tarkoittaa fysiikassa, myös kävi ilmi, että tällä kiihtyvyydellä kaikki kappaleet putoavat ilmaan, ja g on myös kerroin painovoimaa laskettaessa.

Mieti nyt tilannetta, kun keho on levossa, esimerkiksi lasi on pöydällä. Siihen vaikuttaa kaksi voimaa - painovoima ja tukireaktiot. Ensimmäinen liittyy painovoimaan ja on suunnattu alaspäin, toinen johtuu pöytämateriaalin elastisuudesta ja on suunnattu ylöspäin. Lasi ei lennä ylös eikä putoa pöydän läpi vain siksi, että molemmat voimat tasapainottavat toisiaan. Tässä tapauksessa voimaa, jolla runko (lasi) painaa tukea (pöytää), kutsutaan kehon painoksi. Ilmeisesti sen lauseke on muodossa:

P=mg.

Kehon paino on muuttuva arvo. Yllä kirjoitettu kaava pätee lepotilaan tai tasaiseen liikkeeseen. Jos keho liikkuu kiihtyvällä vauhdilla, sen paino voi sekä kasvaa että laskea. Esimerkiksi astronautien paino, jotka tehostin laukaisee matalalle Maan kiertoradalle, kasvaa useita kertoja laukaisun aikana.