Гравитация, свободное падение и ускорение свободного падения

Гравитация — одна из самых важных сил в физике и повседневной жизни. Это сила, которая притягивает объекты друг к другу. Земная гравитация удерживает нас на планете. Эта концепция включает в себя множество интересных аспектов, таких как свободное падение и ускорение свободного падения.

Что такое гравитация?

Гравитация — это сила, которая привлекает два тела друг к другу. Каждый объект во Вселенной, обладающий массой, оказывает гравитационное притяжение или силу на каждую другую массу. Величина притяжения зависит от масс объектов и расстояния между ними.

Например, гравитационная сила Земли намного сильнее, чем у маленького камня, потому что у Земли больше масса. Эта естественная сила обозначается символом G. Гравитационная сила между двумя массами описывается уравнением:

F = G * (m1 * m2) / r^2

Где:

• F — это сила между массами.
• G — это гравитационная постоянная, приблизительно равная 6.674 × 10^-11 Нм²/кг².
• m1 и m2 — это две массы.
• r — это расстояние между центрами двух масс.

Тем не менее, мы не часто видим, как маленькие объекты движутся друг к другу, потому что силы, действующие на них, очень слабы по сравнению с большими объектами.

Визуальный пример

Представьте себе два объекта с разными массами в космосе. Давайте посмотрим, как между ними работает гравитация:

Что такое свободное падение?

Свободное падение — это движение объекта, при котором гравитация является единственной действующей на него силой. В свободном падении объект испытывает постоянное ускорение. На самом деле это условие может возникнуть только в вакууме, где отсутствует воздушное сопротивление, замедляющее падение объекта.

На Земле сопротивление воздуха влияет на свободно падающие объекты, что означает, что они не падают с одинаковой скоростью. Однако, если мы пренебрегаем сопротивлением воздуха, все свободно падающие объекты около поверхности Земли будут ускоряться вниз со скоростью около 9.8 м/с². Это известно как ускорение свободного падения. Эта концепция обозначается символом g.

Пример свободного падения

Предположим, два объекта, такие как перо и молоток, одновременно сбрасываются с одной высоты. Без сопротивления воздуха как перо, так и молоток будут падать с одинаковой скоростью.

Ускорение свободного падения

Ускорение свободного падения относится к ускорению, действующему на объект из-за силы гравитации. Гравитационное притяжение Земли заставляет объекты падать по направлению к центру Земли, когда вы их сбрасываете. Это значит, что по мере падения объекта его скорость увеличивается приблизительно на 9.8 метра в секунду каждую секунду. Вот формула ускорения свободного падения:

g = G * (M / r^2)

Где:

• g представляет ускорение свободного падения.
• G — это гравитационная постоянная.
• M — это масса Земли (или тела, оказывающего гравитационное воздействие)
• r — это расстояние от центра массы до объекта.

На поверхности Земли значение g обычно оценивается как 9.8 м/с².

Эффекты ускорения свободного падения

Благодаря ускорению свободного падения возможны повседневные действия. Рассмотрим некоторые примеры:

• Когда вы бросаете мяч вверх, именно ускорение свободного падения в конечном итоге останавливает его движение вверх и возвращает его вам в руки.
• Луна, находящаяся ближе к Земле, чем Солнце, не сталкивается с Землей благодаря гравитационной силе и тангенциальной скорости Луны, которая создает орбиту.

Визуализация движения из-за ускорения свободного падения

Резюме

Вкратце, гравитация — это фундаментальная сила, определяющая движение объектов как на Земле, так и во Вселенной. Свободное падение — это чистое состояние движения под влиянием только гравитации, показывающее, как разные объекты ведут себя в отсутствии других сил. Ускорение свободного падения — это эффект гравитации, притягивающей объекты к массивному телу, такому как планета, заставляя их ускоряться по мере падения. Понимание этих концепций необходимо для изучения законов физики, которые определяют наш мир.

Комментарии