Isi
- Kekuatan Gravitasi
- Akselerasi Karena Gravitasi
- Contoh Dengan Gravitasi
- Hukum Gravitasi Universal
- Contoh dengan Hukum Universal Gravitasi Newton
- Albert Einstein Teori Relativitas Umum
- Gravitasi itu Penting
Seorang siswa fisika mungkin menemukan gravitasi dalam fisika dalam dua cara berbeda: sebagai percepatan akibat gravitasi di Bumi atau benda langit lainnya, atau sebagai kekuatan tarik-menarik antara dua benda di alam semesta. Memang gravitasi adalah salah satu kekuatan paling mendasar di alam.
Sir Isaac Newton mengembangkan hukum untuk menggambarkan keduanya. Hukum Kedua Newton (Fbersih = ma) berlaku untuk semua gaya total yang bekerja pada suatu objek, termasuk gaya gravitasi yang dialami di lokasi benda besar, seperti planet. Hukum Newton tentang Gravitasi Universal, hukum kuadrat terbalik, menjelaskan tarikan gravitasi atau tarikan antara dua benda.
Kekuatan Gravitasi
Gaya gravitasi yang dialami oleh suatu objek dalam medan gravitasi selalu diarahkan ke pusat massa yang menghasilkan medan, seperti pusat bumi. Dengan tidak adanya kekuatan lain, itu dapat digambarkan menggunakan hubungan Newton Fbersih = madimana Fbersih adalah kekuatan gravitasi dalam Newton (N), m adalah massa dalam kilogram (kg) dan Sebuah adalah akselerasi karena gravitasi dalam m / s2.
Setiap benda di dalam medan gravitasi, seperti semua batu di Mars, mengalami hal yang sama akselerasi menuju pusat lapangan bertindak berdasarkan massa mereka. Dengan demikian, satu-satunya faktor yang mengubah gaya gravitasi yang dirasakan oleh benda-benda berbeda di planet yang sama adalah massa mereka: Semakin banyak massa, semakin besar gaya gravitasi dan sebaliknya.
Gaya gravitasi aku s beratnya dalam fisika, meskipun bobot sehari-hari sering digunakan secara berbeda.
Akselerasi Karena Gravitasi
Hukum Kedua Newton, Fbersih = ma, menunjukkan bahwa a kekuatan total menyebabkan massa berakselerasi. Jika gaya total berasal dari gravitasi, akselerasi ini disebut akselerasi karena gravitasi; untuk benda di dekat benda besar seperti planet, akselerasi ini mendekati konstan, artinya semua benda jatuh dengan akselerasi yang sama.
Di dekat permukaan Bumi, konstanta ini diberikan variabel khususnya sendiri: g. "G kecil," sebagai g sering disebut, selalu memiliki nilai konstan 9,8 m / s2. (Frasa "kecil g" membedakan konstanta ini dari konstanta gravitasi penting lainnya, G, atau "G besar," yang berlaku untuk Hukum Gravitasi Universal.) Benda apa pun yang jatuh di dekat permukaan Bumi akan jatuh ke pusat bumi dengan laju yang terus meningkat, setiap detik akan lebih cepat 9,8 m / s lebih cepat daripada yang kedua sebelumnya.
Di Bumi, gaya gravitasi pada benda bermassa m aku s:
Fgrav = mg
Contoh Dengan Gravitasi
Astronot mencapai planet yang jauh dan menemukan bahwa dibutuhkan delapan kali lebih banyak kekuatan untuk mengangkat benda di sana daripada di Bumi. Apa percepatan akibat gravitasi di planet ini?
Di planet ini gaya gravitasi delapan kali lebih besar. Karena massa benda adalah properti fundamental dari objek itu, mereka tidak dapat berubah, itu berarti nilai g harus delapan kali lebih besar juga:
8Fgrav = m (8g)
Nilai dari g di Bumi adalah 9,8 m / s2, jadi 8 × 9,8 m / s2 = 78,4 m / s2.
Hukum Gravitasi Universal
Hukum Newton yang kedua yang berlaku untuk memahami gravitasi dalam fisika dihasilkan dari Newton yang membingungkan melalui temuan fisikawan lain. Dia mencoba menjelaskan mengapa planet-planet tata surya memiliki orbit elips dan bukan orbit melingkar, seperti yang diamati dan dijelaskan secara matematis oleh Johannes Kepler dalam serangkaian hukum eponimnya.
Newton menentukan bahwa gaya tarik gravitasi antara planet-planet ketika mereka semakin dekat dan lebih jauh dari satu sama lain bermain dalam gerakan planet-planet. Planet-planet ini sebenarnya jatuh bebas. Dia mengukur ketertarikan ini dalam bukunya Hukum Gravitasi Universal:
F_ {grav} = G frac {m_1m_2} {r ^ 2}Dimana Fgrav _again adalah gaya gravitasi dalam Newton (N), _m1 dan m2 adalah massa benda pertama dan kedua, masing-masing, dalam kilogram (kg) (misalnya, massa Bumi dan massa benda di dekat Bumi), dan d2 adalah kuadrat jarak di antara mereka dalam meter (m).
Variabel G, yang disebut "big G," adalah konstanta gravitasi universal. Saya t memiliki nilai yang sama di mana pun di alam semesta. Newton tidak menemukan nilai G (Henry Cavendish menemukannya secara eksperimental setelah kematian Newton), tetapi ia menemukan proporsionalitas kekuatan terhadap massa dan jarak tanpa itu.
Persamaan menunjukkan dua hubungan penting:
Teori Newton juga dikenal sebagai hukum kuadrat terbalik karena poin kedua di atas. Ini menjelaskan mengapa gaya tarik gravitasi antara dua objek turun dengan cepat ketika mereka terpisah, jauh lebih cepat daripada jika mengubah massa salah satu atau keduanya.
Contoh dengan Hukum Universal Gravitasi Newton
Apa kekuatan tarik-menarik antara komet 8.000 kg yang berjarak 70.000 m dari komet 200 kg?
begin {aligned} F_ {grav} & = 6.674 × 10 ^ {- 11} frac {m ^ 3} {kgs2 2} ( dfrac {8.000 kg × 200 kg} {70.000 ^ 2}) & = 2.18 × 10 ^ {- 14} end {sejajar}Albert Einstein Teori Relativitas Umum
Newton melakukan pekerjaan yang luar biasa memprediksi gerakan benda-benda dan mengukur kekuatan gravitasi di tahun 1600-an. Tetapi kira-kira 300 tahun kemudian, pikiran hebat lainnya - Albert Einstein - menantang pemikiran ini dengan cara baru dan cara yang lebih akurat untuk memahami gravitasi.
Menurut Einstein, gravitasi adalah penyimpangan ruang waktu, jalinan alam semesta itu sendiri. Ruang bengkok massa, seperti bola bowling menciptakan lekukan pada sprei, dan benda yang lebih masif seperti bintang atau lubang hitam bengkok ruang dengan efek yang mudah diamati dalam teleskop - pembengkokan cahaya atau perubahan gerakan benda yang dekat dengan massa .
Teori relativitas umum Einstein terkenal dengan membuktikannya dengan menjelaskan mengapa Merkurius, planet mungil yang paling dekat dengan matahari di tata surya kita, memiliki orbit dengan perbedaan yang dapat diukur dari apa yang diprediksi oleh Hukum Newton.
Sementara relativitas umum lebih akurat dalam menjelaskan gravitasi daripada Hukum Newton, perbedaan dalam perhitungan menggunakan keduanya hanya terlihat pada sebagian besar hanya pada skala "relativistik" - melihat benda yang sangat masif di kosmos, atau kecepatan cahaya yang dekat. Oleh karena itu Hukum Newton tetap berguna dan relevan saat ini dalam menggambarkan banyak situasi dunia nyata yang mungkin dihadapi manusia rata-rata.
Gravitasi itu Penting
Bagian "universal" dari Hukum Gravitasi Universal Newton bukan hiperbolik. Hukum ini berlaku untuk semua yang ada di alam semesta dengan massa! Dua partikel menarik satu sama lain, seperti halnya dua galaksi. Tentu saja, pada jarak yang cukup jauh, daya tariknya menjadi sangat kecil sehingga secara efektif nol.
Mengingat betapa pentingnya gravitasi untuk menggambarkan bagaimana semua materi berinteraksi, definisi bahasa Inggris sehari-hari dari gravitasi (menurut Oxford: "kepentingan ekstrim atau mengkhawatirkan; keseriusan") atau gravitas ("Martabat, keseriusan, atau kekhidmatan") mengambil arti penting tambahan. Yang mengatakan, ketika seseorang merujuk pada "gravitasi suatu situasi" seorang fisikawan mungkin masih perlu klarifikasi: Apakah yang mereka maksud dalam hal G besar atau kecil?