fizika za osnovce
Gravitaciono delovanje
Gravitaciono delovanje je jedno od osnovnih delovanja između tela. Javlja se između svih tela koja imaju masu i uvek je privlačno. Gravitaciono delovanje je veoma slabo, tako na primer dva tela mase 50 kilograma koja se nalaze na međusobnoj udaljenosti od 1 metra međusobno deluju silom od 0,00000017 N (za one koji još nisu učili, jedinica mere kojom se izražava sila je njutn [N], dobila je ime po čuvenom engleskom fizičaru Isaku Njutnu čiju biografiju možete da pročitate ako kliknete OVDE), što je zanemarljivo mala sila (na taj način možemo da objasnimo zašto se dva učenika koja sede zajedno u klupi ne privuku putem gravitacije).
Da bi jačina gravitacije bila značajno (primetno) velika tj. primetna neophodno je da makar jedno od tela ima ogromnu masu. Mi najviše osećamo gravitaciono delovanje planete Zemlje - svaki put kad ste se sapleli pali ste zbog toga što vas je Zemlja privukla svojom gravitacijom, Meseca - plima i oseka nastaju zbog gravitacionog delovanja Meseca i Sunca - da nema gravitacionog delovanja između Sunca i Zemlje, Zemlja ne bi kružila oko sunca, nego bi lebdela negde po svemiru.
Mera gravitacionog delovanja se zove gravitaciona sila (Fg) i ona njena jačina zavisi od masa tela koja deluju i njihovog međusobnog rastojanja: veće mase znače veću gravitacionu silu, veće rastojanje znači manju gravitacionu silu. Smer gravitacione sile je od jednog ka drugom telu.
Gravitaciono delovanje spada u posredna delovanja tj. ova vrsta delovanja ostvaruje se i bez kontakta tela putem gravitacionog polja. Gravitaciono polje je deo prostora oko tela unutar kojeg dolazi do gravitacionog delovanja.
Gravitaciona sila kojom planeta Zemlja deluje na sva tela koja se nalaze na njenoj površini ili oko nje zove se sila Zemljine teže. Sila Zemljine teže je usmerena vertikalno naniže tj. pravac delovanje sile Zemljine teže se poklapa sa pravcem koji prolazi kroz telo i kroz centar Zemljine kugle i usmerena je ka centru Zemlje. (Činjenicom da je sila Zemljine teže uvek usmerena ka centru Zemlje se objašnjava zašto ljudi u Australiji ne idu naglavčke - i nama i njima je dole tamo gde vuče gravitacija). Napadna tačka sile teže se nalazi u težištu tela.
Jačina sile Zemljine teže zavisi od:
-
mase tela na koje deluje sila Zemljine teže
-
jačine gravitacije.
Jačina gravitacije se iskazuje fizičkom veličinom koja se zove jačina gravitacionog polja. Jačina gravitacion polja Zemlje se obeležava slovom G , izražava u njutnima po kilogramu [N]/[kg] i zavisi od:
-
Nadmorske visine - što je veća nadmorska visina telo je udaljenije od centra Zemlje, pa je samim tim i gravitacija slabija.
-
Geografske širine - Zemlja nije pravilna lopta, nego je malo spljoštena na polovima, pa jačina gravitacionog polja nije ista na ekvatoru i na polovima.
Pravac i smer delovanja sile teže
U našim krajevima, tj na mestima sa našom geografskom sirinom (oko 45° geografske širine) jačina gravitacionog polja iznosi:
Sila Zemljine teže, a i teže drugih nebeskih tela se računa po formuli:
(Pri rešavanju računskih zadataka najčešće se koristi približna vrednost 10 N/kg)
Na drugim nebeskim telima gravitaciona sila koja potiče od tih tela dobaija ime po tom telu, tako da na Mesecu imamo silu Mesečeve teže, na Suncu silu Sunčeve teže, na Marsu silu Marsove teže... Najveća razlika u tim silama potiče od različite jačine gravitacionog polja. Tako na primer jačina gravitacionog polja meseca iznosi 1,6 N/kg što je oko 6 puta slabije nego jačina gravitacionog polja Zemlje, pa na tela na Mesecu deluje šest slabija sila gravitacije.
Težina tela
Na slici levo (ili ispod, ako čitate tekst preko mobilnog telefona) je prikazan sto na kojem se nalazi cigla. Sila Zemljine teže deluje na tu silu vertikalno naniže (crna strelica na slici) i teži da je "uvuče" u centar Zemlje. Međutim, pošto cigla stoji na stolu sto sprečava kretanje cigle u pravcu i smeru delovanja sile teže, pa zato cigla deluje na sto nekom silom (crvena strelica). Dakle, Zemlja svojom gravitacijom deluje na ciglu usled čega cigla pritiska podlogu na kojoj stoji.
Na drugoj slici je prikazana kuglica koja je obešena o konac koji je zakačen za plafon. Na kuglicu Zemlja deluje svojom gravitavijom (crna strelica) i teži da je "uvuče" u centar Zemlje. Pošto je kuglica vezana koncem za plafon, konac sprečava kretanje kuglice u smeru delovanja sile teže, pa zato kuglica deluje silom na konac i zateže ga (crvena strelica). Dakle, Zemlja svojom gravitacijom deluje na kuglicu usled čega kuglica zateže konac o koji je obešena.
Sila kojom telo pritiska podlogu na kojoj stoji ili zateže nit o koju je obešeno zove se težina.
Težina se obeležava slovom Q, a njena jedinica je, kao i za svaku drugu silu njutn. U ovom slučaju težina tela je jednaka sili Zemljine teže, pa se i ona računa po istoj formuli:
Težina je brojno jednaka proizvodu mase tela i jačine gravitacionog polja. Pravac i smer težine se poklapaju sa pravcem i smerom sile Zemljine teže tj. težina je usmerena vertikalno naniže.
Iz samih definicija mase i težine se vidi da to nisu iste fizičke veličine, masa nam govori o tome koliko je neko telo inertno, a težina govori o tome kolikom silom neko telo pritiska podlogu na kojoj stoji ili zateže nit o koju je obešeno. Samim tim ni jedinice ovih fizičkih veličina nisu iste, masa se izražava u kilogramima, a sila u njutnima. Problem predstavlja poistovećivanje ovoh veličina u svakodnevnom životu. Kad vas neko u svakodnevnom razgovoru pita "koliko si težak" on ustvari želi da zna kolika je vaša masa zato što poistovećuje ta dva pojma (i ne zna fiziku).
Masa i težina imaju još jednu značajnu razliku: masa tela ne zavisi od položaja tela u prostoru, to znači da je masa nekog tela ista ma gde je merili, ista je na Zemlji, na Mesecu, na Jupiteru, međutim, pošto je jačina gravitacionih polja na različitim nebeskim telima različita, vaša težina neće da bude ista na Zemlji, Mesecu, Jupiteru... Vaša masa na Zemlji i Mesecu je ista, ali težina nije ista, šta mislite gde je veća?
Veća je na Zemlji, jer je jačina gravitacionog polja Zemlje veće nego jačina gravitacionog polja Meseca.