중력 (물리) : 그게 무엇이며 왜 중요한가?

콘텐츠

• 중력
• 중력으로 인한 가속
• 중력의 예
• 뉴턴의 중력 법칙
• 뉴턴의 중력 법칙의 예
• 알버트 아인슈타인 일반 상대성 이론
• 중력이 중요하다

물리학 학생은 두 가지 다른 방식으로 물리학에서 중력에 직면 할 수 있습니다. 지구 나 다른 천체의 중력으로 인한 가속 또는 우주의 두 물체 사이의 인력입니다. 실제로 중력은 자연에서 가장 근본적인 힘 중 하나입니다.

아이작 뉴턴 경은 두 가지를 모두 설명하는 법을 개발했습니다. 뉴턴 제 2 법 (에프_그물 = 엄마)는 행성과 같은 큰 물체의 로케일에서 경험되는 중력을 포함하여 물체에 작용하는 모든 순 힘에 적용됩니다. 역 제곱 법인 Newtons Universal Gravitation의 법칙은 두 물체 사이의 중력 당김 또는 인력을 설명합니다.

중력

중력장 내의 물체에 의해 경험되는 중력은 항상 지구의 중심과 같이 필드를 생성하는 질량의 중심을 향합니다. 다른 힘이 없으면 뉴턴 관계를 사용하여 설명 할 수 있습니다. 에프_그물 = 엄마, 어디 에프_그물 뉴턴 (N)의 중력 엠 킬로그램 단위의 질량 (kg) 에이 m / s의 중력으로 인한 가속도².

화성의 모든 암석과 같은 중력장 내부의 모든 물체는 동일한 경험을합니다. 필드 중심을 향한 가속 그들의 대중에 행동. 따라서 같은 행성에서 서로 다른 물체가 느끼는 중력을 변화시키는 유일한 요인은 질량입니다. 질량이 클수록 중력이 커지고 그 반대도 마찬가지입니다.

중력 이다 구어체의 무게는 종종 다르게 사용되지만 물리학의 무게입니다.

중력으로 인한 가속

뉴턴 제 2 법칙, 에프_그물 = 엄마, 보여줍니다 순 힘 질량이 가속됩니다. 순 힘이 중력에서 오는 경우,이 가속을 중력으로 인한 가속이라고합니다. 행성과 같은 특정 큰 물체 근처에있는 물체의 경우이 가속도는 거의 일정하며 모든 물체가 같은 가속도로 떨어집니다.

지구 표면 근처에서이 상수에는 고유 한 특수 변수가 있습니다. 지. "작은 g" 지 종종 호출되며 항상 9.8m / s의 상수 값을 갖습니다.². ( "little g"라는 문구는이 상수를 다른 중요한 중력 상수와 구별합니다. 지지구 표면 근처에 떨어진 물체는 계속 증가하는 속도로 지구 중심을 향해 떨어지며 초당 9.8m / s보다 빠릅니다. 두 번째.

지구상에서 질량 물체의 중력 엠 입니다 :

에프_묘 = mg

중력의 예

우주 비행사들은 먼 행성에 닿아 지구에서 지구보다 물체를 들어 올리는 데 8 배나 많은 힘이 필요하다는 것을 알게되었습니다. 이 행성의 중력으로 인한 가속도는 얼마입니까?

이 행성에서 중력은 8 배 더 큽니다. 물체의 질량은 이러한 물체의 기본 속성이므로 변경할 수 없습니다. 즉, 지 8 배 더 커야합니다.

8 층_묘 = m (8g)

의 가치 지 지구상에서 9.8m / s²따라서 8 × 9.8 m / s² = 78.4 m / s².

뉴턴의 중력 법칙

물리학의 중력을 이해하는 데 적용되는 두 번째 뉴턴 법은 다른 물리학 자의 연구 결과를 통해 뉴턴이 수수께끼를 뿌린 결과입니다. 그는 요하네스 케플러 (Johannes Kepler)가 그의 시조 법에서 관찰하고 수학적으로 설명한 것처럼 태양계 행성이 왜 원 궤도가 아닌 타원형 궤도를 갖는지 설명하려고했다.

뉴턴은 행성들이 서로 멀어지고 멀어 질수록 중력의 매력이 행성의 움직임에 영향을 미치고 있다고 판단했다. 이 행성들은 실제로 자유 낙하했습니다. 그는이 매력을 그의 중력의 보편적 법칙:

F_ {grav} = G frac {m_1m_2} {r ^ 2}

어디 에프_묘 _again은 뉴턴 (N)의 중력입니다. _m₁ 과 엠₂ 첫 번째와 두 번째 물체의 질량은 각각 킬로그램 (kg) (예 : 지구의 질량과 지구 근처의 물체의 질량)입니다. 디² 미터 사이의 거리의 제곱은 미터 (m)입니다.

변수 지"big G"라고 부르는 것은 보편적 인 중력 상수입니다. 그것 우주 어디에서나 같은 가치를 지니고 있습니다. 뉴턴은 G (Henry Cavendish가 뉴턴 사망 후 실험적으로 발견)의 가치를 발견하지 못했지만, 질량과 거리가없는 힘의 비례를 발견했습니다.

이 방정식은 두 가지 중요한 관계를 보여줍니다.

뉴턴 이론은 역 제곱 법 위의 두 번째 요점 때문에. 두 물체 사이의 중력 인력이 물체의 질량을 바꾸는 것보다 훨씬 빨리 분리되는 즉시 빠지는 이유를 설명합니다.

뉴턴의 중력 법칙의 예

200kg 혜성에서 70,000m 떨어진 8,000kg 혜성 사이의 인력은 무엇입니까?

begin {aligned} F_ {grav} & = 6.674 × 10 ^ {− 11} frac {m ^ 3} {kgs ^ 2} ( dfrac {8,000 kg × 200 kg} {70,000 ^ 2}) & = 2.18 × 10 ^ {− 14} end {aligned}

알버트 아인슈타인 일반 상대성 이론

뉴턴은 1600 년대에 물체의 움직임을 예측하고 중력을 정량화하는 놀라운 작업을 수행했습니다. 그러나 대략 300 년 후, 또 다른 위대한 생각 인 Albert Einstein은 새로운 사고 방식과보다 정확한 중력 이해 방식으로이 사고에 도전했습니다.

아인슈타인에 따르면 중력은 시공간우주 자체의 구조. 볼링 공과 같은 질량 왜곡 공간은 침대 시트에 들여 쓰기를 만들고 별이나 검은 구멍과 같은 더 큰 물체는 망원경에서 쉽게 관찰되는 효과로 공간을 왜곡합니다-빛의 구부림 또는 질량에 가까운 물체의 움직임 변화 .

아인슈타인의 일반 상대성 이론은 태양계에서 태양에 가장 가까운 작은 행성 인 머큐리가 왜 뉴턴의 법칙에서 예측 한 것과 측정 가능한 차이가있는 궤도를 가지고 있는지를 설명함으로써 유명해졌습니다.

일반적인 상대성 이론은 뉴턴의 법칙보다 중력을 설명하는 데 더 정확하지만, 하나를 사용한 계산의 차이는 대부분 "상대 론적"척도에서만 볼 수 있습니다. 우주에서 극도로 거대한 물체를 보거나 근사한 속도를 봅니다. 그러므로 뉴턴의 법칙은 오늘날 일반 인간이 겪을 가능성이 많은 실제 상황을 설명하는 데 유용하고 관련성이 있습니다.

중력이 중요하다

뉴턴의 중력 법의 "보편적"부분은 쌍곡선이 아닙니다. 이 법은 우주의 모든 것에 대량으로 적용됩니다! 두 개의 은하와 마찬가지로 두 개의 입자가 서로를 끌어 당깁니다. 물론, 충분히 먼 거리에서, 인력은 효과적으로 제로가 될 정도로 작아집니다.

중력이 묘사하는 데 얼마나 중요한지 감안할 때 모든 물질이 상호 작용하는 방법의 구어체 영어 정의 중량 (옥스포드에 따르면 : "극단적이거나 놀라운 중요성; 심각성") 또는 중력 ( "존엄성, 심각성 또는 엄숙한 방식")은 추가적인 중요성을 갖습니다. 즉, 누군가가 "상황의 중력"을 언급 할 때 물리학자는 여전히 설명이 필요할 수 있습니다. 그것들은 큰 G 또는 작은 g의 관점에서 의미합니까?