Contente
- Força da gravidade
- Aceleração devido à gravidade
- Exemplo com gravidade
- Lei Universal da Gravitação de Newton
- Exemplo com a Lei de Gravitação Universal de Newton
- Teoria da Relatividade Geral de Albert Einsteins
- A gravidade é importante
Um estudante de física pode encontrar a gravidade na física de duas maneiras diferentes: como a aceleração devido à gravidade na Terra ou em outros corpos celestes, ou como a força da atração entre quaisquer dois objetos no universo. De fato, a gravidade é uma das forças mais fundamentais da natureza.
Sir Isaac Newton desenvolveu leis para descrever os dois. Segunda Lei de Newton (Finternet = ma) se aplica a qualquer força líquida que atua sobre um objeto, incluindo a força da gravidade experimentada no local de qualquer corpo grande, como um planeta. A Lei da Gravitação Universal de Newton, uma lei do quadrado inverso, explica a atração ou atração gravitacional entre dois objetos.
Força da gravidade
A força gravitacional experimentada por um objeto dentro de um campo gravitacional é sempre direcionada para o centro da massa que está gerando o campo, como o centro da Terra. Na ausência de outras forças, pode ser descrito usando a relação newtoniana Finternet = ma, Onde Finternet é a força da gravidade em Newtons (N), m é a massa em quilogramas (kg) e uma é aceleração devido à gravidade em m / s2.
Quaisquer objetos dentro de um campo gravitacional, como todas as rochas de Marte, experimentam o mesmo aceleração em direção ao centro do campo agindo sobre suas massas. Assim, o único fator que altera a força da gravidade sentida por diferentes objetos no mesmo planeta é a sua massa: quanto mais massa, maior a força da gravidade e vice-versa.
A força da gravidade é seu peso na física, embora o peso coloquial seja frequentemente usado de maneira diferente.
Aceleração devido à gravidade
Segunda Lei de Newton, Finternet = ma, mostra que um força resultante faz com que uma massa acelere. Se a força resultante é da gravidade, essa aceleração é chamada aceleração devido à gravidade; para objetos próximos a corpos grandes específicos, como planetas, essa aceleração é aproximadamente constante, o que significa que todos os objetos caem com a mesma aceleração.
Perto da superfície da Terra, essa constante recebe sua própria variável especial: g. "Little g", como g é frequentemente chamado, sempre tem um valor constante de 9,8 m / s2. (A frase "pequeno g" distingue essa constante de outra constante gravitacional importante, G, ou "grande G", que se aplica à Lei Universal da Gravitação.) Qualquer objeto jogado perto da superfície da Terra cairá em direção ao centro da Terra a uma taxa cada vez maior, cada segundo indo 9,8 m / s mais rápido que o segundo antes.
Na Terra, a força da gravidade em um objeto de massa m é:
Fgrav = mg
Exemplo com gravidade
Os astronautas alcançam um planeta distante e descobrem que são necessárias oito vezes mais força para levantar objetos do que na Terra. Qual é a aceleração devido à gravidade neste planeta?
Neste planeta, a força da gravidade é oito vezes maior. Como as massas de objetos são uma propriedade fundamental desses objetos, elas não podem mudar, o que significa o valor de g também deve ser oito vezes maior:
8Fgrav = m (8g)
O valor de g na Terra é 9,8 m / s2, então 8 × 9,8 m / s2 = 78,4 m / s2.
Lei Universal da Gravitação de Newton
A segunda das leis de Newton que se aplica à compreensão da gravidade na física resultou de Newton intrigando outras descobertas de físicos. Ele estava tentando explicar por que os planetas do sistema solar têm órbitas elípticas em vez de circulares, como observado e matematicamente descrito por Johannes Kepler em seu conjunto de leis de mesmo nome.
Newton determinou que as atrações gravitacionais entre os planetas, à medida que se aproximavam e se afastavam, brincavam com o movimento dos planetas. Esses planetas estavam de fato em queda livre. Ele quantificou essa atração em sua Lei Universal da Gravitação:
F_ {grav} = G frac {m_1m_2} {r ^ 2}Onde Fgrav de novo é a força da gravidade em Newtons (N), _m1 e m2 são as massas do primeiro e do segundo objetos, respectivamente, em quilogramas (kg) (por exemplo, a massa da Terra e a massa do objeto próximo à Terra), e d2 é o quadrado da distância entre eles em metros (m).
A variável G, chamado "G grande", é a constante gravitacional universal. isto tem o mesmo valor em todo lugar no universo. Newton não descobriu o valor de G (Henry Cavendish o encontrou experimentalmente após a morte de Newton), mas encontrou a proporcionalidade da força em relação à massa e à distância sem ela.
A equação mostra dois relacionamentos importantes:
A teoria de Newton também é conhecida como lei do inverso quadrado por causa do segundo ponto acima. Explica por que a atração gravitacional entre dois objetos cai rapidamente à medida que se separam, muito mais rapidamente do que se mudássemos a massa de um ou de ambos.
Exemplo com a Lei de Gravitação Universal de Newton
Qual é a força de atração entre um cometa de 8.000 kg e a 70.000 m de um cometa de 200 kg?
begin {alinhado} 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 {alinhado}Teoria da Relatividade Geral de Albert Einsteins
Newton fez um trabalho incrível prevendo o movimento dos objetos e quantificando a força da gravidade nos anos 1600. Mas, aproximadamente 300 anos depois, outra grande mente - Albert Einstein - desafiou esse pensamento com uma nova maneira e uma maneira mais precisa de entender a gravidade.
Segundo Einstein, a gravidade é uma distorção da espaço-tempo, o tecido do próprio universo. O espaço distorcido em massa, como uma bola de boliche, cria um recuo em um lençol, e objetos mais massivos, como estrelas ou buracos negros, distorcem o espaço com efeitos facilmente observáveis em um telescópio - a curvatura da luz ou uma mudança no movimento de objetos próximos a essas massas .
A teoria da relatividade geral de Einstein mostrou-se famosa ao explicar por que Mercúrio, o minúsculo planeta mais próximo do Sol em nosso sistema solar, tem uma órbita com uma diferença mensurável do que é previsto pelas Leis de Newton.
Enquanto a relatividade geral é mais precisa na explicação da gravidade do que as leis de Newton, a diferença nos cálculos que utilizam qualquer uma delas é perceptível na maioria das vezes apenas em escalas "relativísticas" - olhando objetos extremamente massivos no cosmos ou velocidades próximas à luz. Portanto, as leis de Newton permanecem úteis e relevantes hoje na descrição de muitas situações do mundo real que o ser humano médio provavelmente encontrará.
A gravidade é importante
A parte "universal" da Lei de Gravitação Universal de Newton não é hiperbólica. Esta lei se aplica a tudo no universo com uma massa! Quaisquer duas partículas se atraem, assim como duas galáxias. É claro que, a grandes distâncias, a atração se torna tão pequena que é efetivamente zero.
Dada a importância da gravidade para descrever como toda a matéria interage, as definições coloquiais em inglês de gravidade (de acordo com Oxford: "importância extrema ou alarmante; seriedade") ou gravitas ("dignidade, seriedade ou solenidade") assumem um significado adicional. Dito isto, quando alguém se refere à "gravidade de uma situação", um físico ainda pode precisar de esclarecimentos: eles significam em termos de G grande ou g pequeno?