Рівняння ваги

Вага - це сила, що породжується гравітаційним притяганням землі на будь-який предмет. Вага принципово відрізняється від аеродинамічних сил, підйому та опору. Аеродинамічні сили є механічні сили і об'єкт повинен бути у фізичному контакті з повітрям, яке генерує силу. Гравітаційна сила дорівнює a сили поля; джерело сили не повинен бути у фізичному контакті з об’єктом.

поверхні землі

Характер сили тяжіння вивчався вченими протягом багатьох років і досі досліджується фізиками-теоретиками. Для об’єкта розміром з літак, що летить поблизу Землі, описи, дані триста років тому сером Ісааком Ньютоном, працюють досить добре. Ньютон опублікував свою теорію гравітації зі своїми законами руху в 1686 р. Гравітаційна сила, F, між двома частинками дорівнює універсальній постійній, G, умножений на добуток маси частинок, м1 і м2, ділиться на квадрат відстані, d, між частинками.

F = G * m1 * м2/д ^ 2

Якщо у вас багато частинок, що діють на одну частинку, вам доведеться скласти внесок усіх окремих частинок. Для об’єктів, що знаходяться поблизу Землі, сума маси всіх частинок - це просто маса землі, а відстань потім вимірюється від центру Землі. На поверхні землі відстань становить близько 4000 миль. Вчені об’єднали універсальну гравітаційну постійну, масу землі та квадрат радіуса Землі, щоб сформувати гравітаційне прискорення, g. На поверхні землі його значення становить 9,8 метра на квадратну секунду або 32,2 фута на квадратну секунду.

g = G * m земля/(d земля) ^ 2

Вага W, або гравітаційна сила, це тоді просто маса об’єкта, помножена на гравітаційне прискорення.

Оскільки гравітаційна константа (g) залежить від квадрата відстані від центру землі, вага об’єкта зменшується з висотою.

Давайте виконаємо тестову задачу, щоб побачити, наскільки змінюється вага літака з висотою. Якщо літак летить на висоті 35000 футів (близько 7 миль), відстань до центру Землі становить близько 4007 миль. Ми можемо обчислити відношення гравітаційної константи до значення на поверхні землі як квадрат (4000/4007), який дорівнює .9983 * .9983 = .9965. Якщо літак важить 10000 фунтів на поверхні землі, він важить 9965 фунтів на 35000 футів; він схуд на 35 фунтів, що є дуже невеликою кількістю порівняно з 10000 фунтів.

Давайте зробимо ще одну задачу і обчислимо вагу космічного човника на низькій навколоземній орбіті. На землі орбітальна машина важить близько 250 000 фунтів. На орбіті човник знаходиться приблизно в 200 милях над поверхнею землі. Як і раніше, гравітаційне постійне відношення - це квадрат (4000/4200), який дорівнює .9523 * .9523 = .907. На орбіті човник важить 250 000 *, 907 = 226757 фунтів. Зверніть увагу: вага не дорівнює нулю. На орбіті човник не є невагомим. "Невагомість" обумовлена ​​швидкістю човника на орбіті. Човник тягнеться до землі через гравітацію. Але висока орбітальна швидкість, дотична до поверхні землі, призводить до того, що падіння до поверхні точно відповідає кривизні землі, віддаленій від човника. По суті, човник постійно падає навколо Землі.

Ви можете переглянути короткометражний фільм "Орвілл та Вілбур Райт", в якому обговорюється сила ваги та те, як це вплинуло на політ їхнього літака. Файл фільму можна зберегти на комп’ютері та переглянути на своєму програвачі подкастів як подкаст.

Діяльність:
Екскурсії

  • Вага літака:
  • Сили на моделі ракети: