อัตราเร่งให้แรงโน้มถ่วง คือ อัตราความเร็วของวัตถุที่ตกลงมา ใน ตกฟรีสู่ใจกลางโลก ที่ระดับน้ำทะเล ความเร่งของแรงโน้มถ่วงของโลกโดยเฉลี่ยคือ 9.8 ม./วินาที². แรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น มวลและรัศมีของดาวเคราะห์ และเหมือนกันสำหรับวัตถุทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงมวลของพวกมัน
ดูด้วย: ความเร่ง — ทั้งหมดเกี่ยวกับปริมาณฟิสิกส์เวกเตอร์นี้
การเร่งความเร็วด้วยแรงโน้มถ่วงคืออะไร?
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นตัววัดความแปรผันของความเร็วของวัตถุที่ตกลงมาจากความสูงระดับหนึ่งซึ่งสัมพันธ์กับโลก เมื่อวัตถุตกอย่างอิสระ ความเร็วของวัตถุจะแปรผันที่อัตรา 9.8 m/s ทุกวินาที ค่าความเร่งนี้คือ เหมือนกันสำหรับร่างกายทั้งหมด แม้กระทั่งร่างกายที่แตกต่างกัน, หากเราละเลยการกระทำของ กองกำลังกระจายเหมือนกับแรงดึงดูดของอากาศ
ความเร่งของแรงโน้มถ่วงมีค่าเท่าไหร่?
ขนาดของความเร่งโน้มถ่วงบนพื้นผิวของ โลกแตกต่างกันไปตามระยะทางที่เราอยู่ห่างจากแกนโลก. ที่ระยะทางประมาณ 6370 กม. เมื่อเราอยู่ที่ระดับน้ำทะเล ความโน้มถ่วงของโลกโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 9.8 ม./วินาที² อย่างไรก็ตาม ค่านี้อาจแตกต่างกันไปตามความหนาแน่นของดิน การปรากฏตัวของพื้นที่ว่างใต้ดิน ฯลฯ
เมื่อเราเคลื่อนตัวออกจากระดับน้ำทะเล ความเร่งโน้มถ่วงมีรูปร่างแตกต่างกันไป สัดส่วนผกผัน กำลังสองระยะทางดังนั้น เมื่อเราอยู่ที่ความสูง 6470 กม. จากระดับน้ำทะเล (12,940 กม. ถึงจุดศูนย์กลางของโลก) ค่าแรงโน้มถ่วงจะเท่ากับ ¼ ของค่าเดิม ประมาณ 2.45 ม./วินาที²
ดูด้วย: ทำไมเราไม่รู้สึกว่าโลกหมุน?
อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)
วิธีการคำนวณความเร่งโน้มถ่วง?
ความเร่งของแรงโน้มถ่วง สามารถคำนวณได้หลายวิธี. วิธีที่พบบ่อยที่สุดคือผ่านสมการของ จลนศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับการตกอย่างอิสระ ด้านล่างนี้คือสูตรที่เกี่ยวข้องกับความสูงกับเวลาที่ตก และสามารถใช้คำนวณค่าความโน้มถ่วงในท้องถิ่นได้
g - ความเร่งแรงโน้มถ่วง (m/s²)
H - ความสูงของการตก (ม.)
t – เวลาตก
นอกจากสูตรที่แสดงด้านบนแล้ว ยังสามารถกำหนดขนาดความเร่งของแรงโน้มถ่วงโดยไม่ทราบเวลาตก สำหรับสิ่งนี้, เราใช้หลักการอนุรักษ์พลังงานกล: เราว่าทั้งตัว พลังงานศักย์โน้มถ่วง กลายเป็น พลังงานจลน์ดังนั้นเราจึงต้อง:
สูตรที่แสดงด้านบนซึ่งเกี่ยวข้องกับความเร่งของแรงโน้มถ่วงกับความสูงของการตกและความเร็ว สามารถหาได้จาก สมการ Torricelli.
สูตรเร่งแรงโน้มถ่วง
สามารถหาความเร่งของแรงโน้มถ่วงได้ด้วยวิธีอื่นนอกเหนือจากสมการจลนศาสตร์ดังที่แสดงไว้ด้านบน หนึ่งในนั้นคือการใช้ กฎความโน้มถ่วงสากล, ใน ไอแซกนิวตัน. ตามกฎหมายนี้ ความเร่งของแรงโน้มถ่วงสามารถหาได้จากสูตรต่อไปนี้:
G – ค่าคงที่ความโน้มถ่วงสากล (6.67408.10-11นิวตันเมตร/กก.²)
เอ็ม – มวลโลก (กก.)
r – รัศมีของโลก (ม.)
แบบฝึกหัดการเร่งแรงโน้มถ่วง
คำถามที่ 1 - เมื่อรู้ว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวของดวงจันทร์มีค่าประมาณ 1/5 ของแรงโน้มถ่วงของโลก จึงกล่าวได้ถูกต้องว่า:
ก) สำหรับวัตถุสองชิ้นที่ถูกทิ้งร้างเหมือนกันซึ่งมีความสูงเท่ากันบนดวงจันทร์และบนโลก เวลาที่วัตถุตกลงมาบนดวงจันทร์จะน้อยกว่าเวลาที่วัตถุตกลงสู่พื้นโลกถึงห้าเท่า
b) สำหรับวัตถุสองชิ้นที่ถูกทิ้งร้างเหมือนกันซึ่งมีความสูงเท่ากันบนดวงจันทร์และบนโลก ความเร็วของวัตถุนั้น ตกลงบนดวงจันทร์ทันทีก่อนที่จะแตะพื้นจะเล็กกว่าวัตถุที่ตกลงบน .ห้าเท่า โลก.
c) เวลาตกสำหรับวัตถุที่เหมือนกันสองชิ้นที่ถูกทิ้งจากความสูงเท่ากันบนดวงจันทร์และโลกจะเท่ากัน
d) ไม่มีทางเลือกอื่น
ความละเอียด:
เมื่อปล่อยบนดวงจันทร์ วัตถุจะอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกถึงห้าเท่า ด้วยวิธีนี้ ความเร็วที่วัตถุนี้จะไปถึงพื้นจะช้าลงห้าเท่า ดังนั้นทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร B
คำถามที่ 2 — ลูกโบว์ลิ่งและขนนกถูกปล่อยจากความสูงเท่ากัน ในบริเวณที่เกิดสุญญากาศบางส่วน ละเว้นการกระทำของแรงเสียดทานระหว่างวัตถุกับอากาศ ให้ทำเครื่องหมายทางเลือกที่ถูกต้อง
ก) ปากกาและลูกโบว์ลิ่งจะตีพื้นด้วยกัน
ข) ลูกโบว์ลิ่งจะถึงพื้นก่อนการปรับโทษ
c) บทลงโทษจะไปถึงพื้นด้วยความเร็วที่ช้ากว่าลูกโบว์ลิ่ง
ง) ลูกโบว์ลิ่งจะถึงพื้นด้วยความเร็วที่ช้ากว่าโทษ
ความละเอียด:
เนื่องจากแรงต้านของอากาศสามารถละเลยได้ ปากกาและลูกโบว์ลิ่งจะตกลงมาด้วยความเร่งเท่ากัน ดังนั้นพวกมันจึงตกลงสู่พื้นพร้อม ๆ กัน ดังนั้น ทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร A
โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์
คุณต้องการอ้างอิงข้อความนี้ในโรงเรียนหรืองานวิชาการหรือไม่ ดู:
เฮเลอร์บร็อค, ราฟาเอล. "การเร่งแรงโน้มถ่วง"; โรงเรียนบราซิล. มีจำหน่ายใน: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/aceleracao-da-gravidade.htm. เข้าถึงเมื่อ 27 มิถุนายน 2021.
