Fizyka Sprawdzian Grawitacja 1 Technikum
Sprawdzian z fizyki dotyczący grawitacji dla technikum skupia się na zrozumieniu prawa powszechnego ciążenia oraz jego konsekwencji. Grawitacja to uniwersalna siła przyciągająca między każdym obiektem posiadającym masę.
Krok 1: Prawo powszechnego ciążenia Newtona. Jest to fundamentalne prawo opisujące siłę grawitacji. Mówi ono, że siła grawitacji ($F_g$) między dwoma obiektami jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas ($m_1$, $m_2$) i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości ($r$) między ich środkami. Wzór to: $F_g = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$. Tutaj $G$ to stała grawitacyjna, której wartość wynosi około $6,674 \times 10^{-11} \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{kg}^2$.
Przykład: Obliczmy siłę grawitacji między Ziemią a Księżycem. Masa Ziemi to około $5,97 \times 10^{24} \, \text{kg}$, masa Księżyca to około $7,35 \times 10^{22} \, \text{kg}$, a średnia odległość między nimi to około $3,84 \times 10^8 \, \text{m}$. Podstawiając te wartości do wzoru, otrzymamy ogromną, ale konkretną wartość siły przyciągania.
Krok 2: Przyspieszenie grawitacyjne. Z prawa powszechnego ciążenia wynika, że każdy obiekt w pobliżu innego obiektu o znaczącej masie (np. Ziemi) będzie doświadczał przyspieszenia. Na powierzchni Ziemi przyspieszenie grawitacyjne ($g$) jest w przybliżeniu stałe i wynosi około $9,81 \, \text{m/s}^2$. Możemy je obliczyć jako $g = G \frac{M}{R^2}$, gdzie $M$ to masa planety, a $R$ to jej promień.
Przykład: Jeśli upuścimy kamień na Ziemi, zacznie on przyspieszać w dół ze stałym przyspieszeniem $g$. Oznacza to, że jego prędkość będzie rosnąć o $9,81 \, \text{m/s}$ co sekundę. To samo zjawisko dotyczy innych planet, ale z innym przyspieszeniem grawitacyjnym zależnym od ich masy i promienia.
Krok 3: Ciężar obiektu. Ciężar ($W$) obiektu jest to siła grawitacji działająca na ten obiekt, czyli $W = m \cdot g$, gdzie $m$ to masa obiektu. Jest to kluczowe rozróżnienie: masa to ilość materii, a ciężar to siła.
Przykład: Człowiek o masie $70 \, \text{kg}$ na Ziemi będzie miał ciężar $W = 70 \, \text{kg} \times 9,81 \, \text{m/s}^2 \approx 687 \, \text{N}$. Na Księżycu, gdzie przyspieszenie grawitacyjne jest około 6 razy mniejsze ($ \approx 1,62 \, \text{m/s}^2$), ten sam człowiek będzie miał ciężar $W = 70 \, \text{kg} \times 1,62 \, \text{m/s}^2 \approx 113 \, \text{N}$, mimo że jego masa pozostaje bez zmian.
Krok 4: Ruch orbitalny. Grawitacja jest siłą odpowiedzialną za ruch planet wokół Słońca i satelitów wokół planet. Siła ta zapewnia niezbędne przyspieszenie dośrodkowe, które utrzymuje obiekt na orbicie.
Przykład: Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) krąży wokół Ziemi, ponieważ siła grawitacji Ziemi działa na nią jak siła dośrodkowa, stale zmieniając kierunek jej prędkości i utrzymując ją na orbicie, zamiast pozwolić jej odlecieć w przestrzeń.
Praktyczne zastosowania: Zrozumienie grawitacji jest kluczowe dla projektowania satelitów komunikacyjnych, które muszą utrzymać stabilne orbity, oraz dla misji kosmicznych, gdzie obliczenie trajektorii i wpływu sił grawitacyjnych innych ciał niebieskich jest niezbędne do bezpiecznego dotarcia do celu.
