כדי שיהיה נוח לעבוד עם כמויות שונות בפיזיקה, נעשה שימוש בסימון הסטנדרטי שלהם. הודות להם, כולם יכולים לזכור בקלות נוסחאות חשובות רבות לתהליכים מסוימים. במאמר זה נשקול את השאלה מה המשמעות של g. בפיזיקה
תופעת כוח המשיכה
כדי להבין מה המשמעות של g בפיזיקה (נושא זה נדון בכיתה ז' בבתי ספר תיכוניים), כדאי להכיר את תופעת הכבידה. בסוף המאה ה-17 פרסם אייזק ניוטון את עבודתו המדעית המפורסמת, שבה ניסח את עקרונות היסוד של המכניקה. בעבודה זו, הוא ייחד מקום מיוחד למה שנקרא חוק הכבידה האוניברסלית. לדבריו, כל הגופים בעלי מסה סופית נמשכים זה לזה, ללא קשר למרחק ביניהם. כוח המשיכה בין גופים בעלי מסות m1, m2 מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:
F=Gm1m2/r2.
Here G - קבוע כבידה אוניברסלי, r -המרחק בין מרכזי המסה של גופים בחלל. הכוח F נקרא אינטראקציית הכבידה, אשר, כמו כוח קולומב, פוחתת בריבוע המרחק, אך בניגוד לכוח קולומב, כוח המשיכה הוא רק מושך.
האצת נפילה חופשית
כותרת הפסקה הזו של המאמר היא התשובה לשאלה מה משמעות האות g בפיזיקה. הוא משמש מכיוון שהמילה הלטינית ל"כבידה" היא gravitas. כעת נותר להבין מהי האצת נפילה חופשית. כדי לעשות זאת, שקול איזה כוח פועל על כל גוף הממוקם ליד פני כדור הארץ. תן לגוף להיות מסה m, ואז נקבל:
F=Gm M /R2=mg, כאשר g=GM/R2.
כאן M, R הם המסה והרדיוס של הפלנטה שלנו. שימו לב שגם אם הגוף נמצא בגובה מסוים h מעל פני השטח, אז הגובה הזה הרבה פחות מ-R, כך שניתן להתעלם ממנו בנוסחה. חשב את הערך של g:
g=GM/R2=6, 6710-115, 97210 24/(6371000)2=9.81 m/c2.
מה המשמעות של g בפיזיקה? התאוצה g היא הערך שבו גדלה המהירות של כל גוף שנופל בחופשיות על פני כדור הארץ לחלוטין. מהחישובים עולה שהעלייה במהירות בכל שנייה של נפילה היא 9.81 מ'/ש' (35.3 קמ ש).
שימו לב שהערך של g אינו תלוי במסת הגוף. למעשה, ניתן לראות שגופים צפופים יותר נופלים מהר יותר פחותצָפוּף. זה קורה כי הם מושפעים מכוחות שונים של התנגדות אוויר, ולא מכוחות כבידה שונים.
הנוסחה למעלה מאפשרת לך לקבוע g לא רק עבור כדור הארץ שלנו, אלא גם עבור כל כוכב לכת אחר. לדוגמה, אם נחליף לתוכו את המסה והרדיוס של מאדים, נקבל את הערך 3.7 m/s2, שהוא כמעט פי 2.7 פחות מאשר עבור כדור הארץ.
משקל גוף ותאוצה g
למעלה הסתכלנו מה אומר g בפיזיקה, התברר גם שזו התאוצה שבה כל הגופים נופלים באוויר, ו-g הוא גם מקדם בחישוב כוח המשיכה.
עכשיו תחשבו על המצב שבו הגוף במנוחה, למשל, כוס על השולחן. שני כוחות פועלים עליו - כוח המשיכה ותגובות תומכות. הראשון קשור לכוח המשיכה ומכוון כלפי מטה, השני נובע מגמישות חומר השולחן ומכוון כלפי מעלה. הכוס אינה עפה למעלה ואינה נופלת דרך השולחן רק בגלל ששני הכוחות מאזנים זה את זה. במקרה זה, הכוח שבו הגוף (זכוכית) לוחץ על התמיכה (השולחן) נקרא משקל הגוף. ברור שהביטוי עבורו יקבל את הצורה:
P=mg.
משקל הגוף הוא ערך משתנה. הנוסחה שנכתבה למעלה תקפה למצב של מנוחה או תנועה אחידה. אם הגוף זז בתאוצה, משקלו יכול גם לעלות וגם לרדת. לדוגמה, משקלם של האסטרונאוטים, שהמאיץ משגר למסלול נמוך של כדור הארץ, גדל מספר פעמים במהלך השיגור.
