Akselerasi gravitasi: apa itu, bagaimana ia diukur dan latihan

Akselerasi gravitasi atau percepatan gravitasi didefinisikan sebagai intensitas medan gravitasi Bumi. Yaitu, gaya yang diberikannya pada objek apa pun, per satuan massa.

Ini dilambangkan dengan huruf g yang dikenal dan nilai perkiraannya di sekitar permukaan bumi adalah 9, 8 m / s2. Nilai ini dapat mengalami variasi kecil dengan garis lintang geografis dan juga dengan ketinggian sehubungan dengan permukaan laut.

Karakteristik gaya gravitasi

Gaya gravitasi selalu menarik; artinya, bahwa kedua tubuh yang terpengaruh saling mempengaruhi. Sebaliknya tidak mungkin, karena orbit benda langit tertutup atau terbuka (komet, misalnya) dan gaya tolak tidak pernah dapat menghasilkan orbit yang tertutup. Maka massa selalu tertarik, tidak peduli apa yang terjadi.

Perkiraan yang cukup bagus untuk bentuk nyata Bumi (m ₁ ) dan Bulan atau apel (m ₂ ) adalah dengan menganggap bahwa mereka memiliki bentuk bola. Gambar berikut ini adalah representasi dari fenomena ini.

Eksperimen untuk menentukan nilai g

Material

- 1 bola logam.

- Tali dengan panjang yang berbeda, setidaknya 5.

- Pita pengukur.

- Transporter.

- Kronometer

- Dukungan untuk memperbaiki pendulum.

- Grafik kertas atau program komputer dengan spreadsheet.

Prosedur

Pilih salah satu string dan rakit pendulum. Ukur panjang string + jari-jari bola. Ini akan menjadi panjang L.
Lepaskan pendulum dari posisi setimbang sekitar 5 derajat (ukurlah dengan busur derajat) dan biarkan berosilasi.
Secara bersamaan mulailah kronometer dan ukur waktu 10 osilasi. Tulis hasilnya.
Ulangi prosedur sebelumnya untuk panjang lainnya.
Temukan waktu T yang diperlukan pendulum untuk menjalankan osilasi (bagi masing-masing hasil sebelumnya dengan 10).
Kuadrat setiap nilai yang diperoleh, memperoleh T2
Pada kertas grafik, grafik setiap nilai T2 pada sumbu vertikal, terhadap nilai masing-masing L pada sumbu horizontal. Konsisten dengan unit dan jangan lupa memperhitungkan kesalahan apresiasi instrumen yang digunakan: meteran dan stopwatch.
Gambar garis terbaik yang sesuai dengan poin yang diplot.
Temukan kemiringan m dari garis tersebut dengan menggunakan dua titik yang termasuk di dalamnya (tidak perlu titik eksperimen). Tambahkan kesalahan eksperimental.
Langkah-langkah sebelumnya dapat dilakukan dengan spreadsheet dan opsi untuk membangun dan menyesuaikan garis lurus.
Dari nilai kemiringan untuk menghapus nilai g dengan ketidakpastian eksperimental masing-masing.

Nilai standar g di Bumi, di Bulan dan di Mars

Nilai standar gravitasi di Bumi adalah: 9, 81 m / s2, di 45º lintang utara dan di permukaan laut. Karena Bumi bukan bidang yang sempurna, nilai-nilai g sedikit berbeda, lebih besar di kutub dan lebih kecil di ekuator.

Mereka yang ingin mengetahui nilai di wilayah mereka, dapat menemukannya diperbarui di situs web Institut Metrologi Jerman PTB ( Physikalisch-Technische Bundesanstalt ), di bagian Gravity Information System (GIS).

Gravitasi di Bulan

Medan gravitasi Bulan telah ditentukan dengan menganalisis sinyal radio dari pesawat antariksa yang mengorbit satelit. Nilainya pada permukaan bulan adalah 1, 62 m / s2

Gravitasi di Mars

Nilai gP untuk sebuah planet tergantung pada massanya M dan jari-jarinya R sebagai berikut:

Oleh karena itu:

Untuk planet Mars, data berikut tersedia:

M = 6, 4185 x 1023 kg

R = 3390 km

G = 6, 67 x 10-11 N.m2 / kg2

Dengan data ini, kita tahu bahwa gravitasi Mars adalah 3, 71 m / s2. Secara alami Anda dapat menerapkan persamaan yang sama dengan data Bulan atau planet lain dan memperkirakan nilai gravitasinya.

Latihan terpecahkan: apel jatuh

Misalkan Bumi dan sebuah apel berbentuk bulat. Massa bumi adalah M = 5, 98 x 1024 kg dan jari-jarinya R = 6, 37 x 106 m. Massa apel adalah m = 0, 10 kg. Misalkan tidak ada kekuatan lain selain gravitasi. Dari Hukum Gravitasi Universal Newton temukan:

a) Gaya gravitasi yang diberikan Bumi pada apel.

b) Akselerasi yang dialami apel saat melepaskannya dari ketinggian tertentu, menurut Hukum Kedua Newton.

Solusi

a) Apel (seharusnya berbentuk bola, seperti Bumi) memiliki jari-jari sangat kecil dibandingkan dengan jari-jari terestrial dan terbenam dalam medan gravitasinya. Gambar berikut jelas bukan untuk skala, tetapi ada diagram medan gravitasi g, dan gaya F yang diberikan oleh bumi pada apel:

Ketika menerapkan Hukum Gravitasi Universal Newton, jarak antara pusat-pusat dapat dianggap kira-kira nilai yang sama dari jari-jari Bumi (ketinggian dari mana apel jatuh juga diabaikan dibandingkan dengan jari-jari terestrial). Oleh karena itu: