32739

Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле и его характеристики. Потенциал поля. Связь между потенциалом и напряжённостью поля. Космические скорости

Доклад

Физика

Потенциал поля. Связь между потенциалом и напряжённостью поля. В виде формулы это записывается так: F=Gm1m2 r2 где G гравитационная константа определяемая экспериментально 667 × 10–11 Нм2 кг2 ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ поле тяготения один из видов поля физического посредством которого осуществляется гравитационное взаимодействие притяжение тел. Об интенсивности гравитационного поля очевидно можно судить по величине силы действующей в данной точке на тело с массой равной единице.

Русский

2013-09-05

42.5 KB

52 чел.

14.Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле и его характеристики. Потенциал поля. Связь между потенциалом и напряжённостью поля. Космические скорости.

Закон всемирного тяготения был открыт англичанином И. Ньютоном в 1666г. Закон звучит следующим образом: сила гравитационного притяжения двух материальных точек прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В виде формулы это записывается так: F=G*m1*m2/r2  где G — гравитационная константа, определяемая экспериментально 6,67 × 10–11 Н·м2/кг2

ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ (поле тяготения), один из видов поля физического, посредством которого осуществляется гравитационное взаимодействие (притяжение) тел.

Гравитационное взаимодействие осуществляется через гравитационное поле. Всякое тело изменяет свойства окружающего его пространства — создает в нем гравитационное поле. Это поле проявляет себя в том, что помещенное в него другое тело оказывается под действием силы. Об «интенсивности» гравитационного поля, очевидно, можно судить по величине силы, действующей в данной точке на тело с массой, равной единице. В соответствии с этим величину называют Напряженностью гравитационного поля.

G=F/m

Величину  φ=U/m’ называют потенциалом гравитационного поля. В этой формуле U есть потенциальная энергия, которой обладает материальная точка массы m’ в данной точке поля.

Потенциал – скалярная величина, поэтому пользоваться и вычислять φ проще, чем .

Формулу можно использовать для установления единиц потенциала: за единицу φ принимают потенциал в такой точке поля, для перемещения в которую из бесконечности единичного положительного заряда необходимо совершить работу равную единице.

В физике часто используется единица энергии и работы, называемая электрон - вольт (эВ) – это работа, совершенная силами поля над зарядом, равным заряду электрона при прохождении им разности потенциалов 1 В.

Первая космическая скорость

Для осуществления равномерного движения по окружности радиуса r его горизонтально направленная скорость должна иметь такое значение v, при котором центростремительное ускорение равно ускорению свободного падения

(1).
Из (1) следует:
(2).
Скорость V, при которой тело может двигаться по круговой орбите вокруг Земли, называется первой космической скоростью.
Из формулы (2) для значения r, равного радиусу Земли, r = 6371 км, первая космическая скорость равна

V = 7.9*10
3 м/с
При начальной скорости меньше 7,9 км/с тело, брошенное горизонтально, пролетев некоторое расстояние, упадет на поверхность Земли. При скорости 7,9 км/с в отсутствии воздуха оно будет двигаться вокруг Земли по окружности, став ее искусственным спутником.
Вторая космическая скорость
При небольшом превышении первой космической скорости орбита спутника будет эллиптической, а при достижении скорости 11,2 км/с превращается в параболу, ветви которой уходят в бесконечность.
Скорость, при которой тело способно преодолеть действия сил притяжения небесного тела и удалиться от него на бесконечно далекое расстояние, называется второй космической скоростью.
Из формулы (2) следует, что для вычисления первой космической скорости на расстоянии r от любого небесного тела, звезды или планеты, нужно знать ускорения a свободного падения на этом расстоянии от центра масс небесного тела. Небесное тело массой M действует на другое тело массой m на расстоянии r силой всемирного тяготения F.
Следовательно, ускорение свободного падения тела на этом расстоянии равно
(3).

Из (2) и (3) первая космическая скорость V на расстоянии r от центра небесного тела массой M равна:

(4).
Формула (4) позволяет вычислять массы небесных тел, вокруг которых обращаются другие небесные тела под действием сил всемирного тяготения.
Массу M Солнца можно найти по известным значениям скорости V движениям Земли по ее орбите и радиусу r земной орбиты:


Скорость V движения Земли по орбите можно найти, зная радиус r земной орбиты и период Т ее обращения вокруг Солнца:

Для вычисления массы Солнца получаем формулу:
(5).
Выразим период обращения Земли вокруг Солнца в единицах СИ:

T = 1 год = 3.16*10
7 с
Подставим числовые значения величин, найдем массу Солнца:
M = 2*10
30 к
Из формулы (5) следует, что для всех спутников, обращающихся по круговым орбитам вокруг одной планеты, или для всех планет, обращающихся вокруг одной звезды, отношение квадратов периодов обращения к кубам радиусов орбит является величиной одинаковой
(6).
Равенство (6) выполняется и в случае движения спутников или планет по эллиптическим орбитам, если использовать как r большие полуоси эллипсов.
Третий закон Кеплера
Факт, что квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их эллиптических орбит, был открыт Иоганном Кеплером и называется третьим законом Кеплера:
(7).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8467. Использование макроэкономических показателей для оценки уровня развития национальной экономики 442 KB
  Использование макроэкономических показателей для оценки уровня развития национальной экономики. Национальная экономика (НЭ) представляет собой единство хозяйствующих субъектов и их отношений, структурированных в правовом и институциональном по...
8468. Совокупный экономический потенциал: понятие и сущность 35.5 KB
  Совокупный экономический потенциал: понятие и сущность Формирование совокупного экономического потенциала является сложным и многоэтапным процессом. Потенциал - это определенная совокупность ресурсов, средств, которые имеются в национальной эко...
8469. Конституционно-правовые институты Китайской Народной Республики 92.77 KB
  Конституционно-правовые институты Китайской Народной Республики Особенности китайской правовой традиции, специфика восприятия власти и управления. Конфуцианство и практика государственного строительства в Китае...
8470. Древняя цивилизация Китая 22.21 KB
  Древняя цивилизация Китая - одна из редких культур в истории человечества, имеющая свои истоки зарождения. Это единственная непрерывно развивающаяся этнокультура. Зародившись тысячелетия назад, китайская культура процветает и в нас...
8471. Мифология Древнего Китая 62.5 KB
  Мифология Древнего Китая Китай - одно из древнейших цивилизованных государств мира. Философские идеи в Китае, берущие начало в глубине веков, чрезвычайно богатые по содержанию и являются огромной кладовой идей в истории познания всего человечес...
8472. Типова навчальна програма нормативної дисципліни Китайська мова 112 KB
  Типова навчальна програма нормативної дисципліни Китайська мова. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ Типова навчальна програма Китайська мова (далі - Програма) розроблена відповідно до освітньо-професійних програм за напрямом підготовки 6.020303 Філологія (Перекла...
8473. Китайская поэзия 60.5 KB
  Китайская поэзия В поэзии сосуществуют (но далеко не мирно) разные направления, представленные многими крупными авторами, часто не схожими ни характером поэтических установок, ни идеологическим кредо. Большую и влиятельную группу представляли так на...
8474. Этимология и традиции чайной церемонии 83 KB
  Этимология Русское слово чай происходит от китайского (ча) растение Camellia sinensis китайцы называют (ча шу). Примерно до VIII в. до н. э. для чая не было особого слова вместе с другими горькими травами его называли (ту). Нельзя не з...
8475. Сооружение участка магистрального газопровода с разработкой очистки полости и испытания 289 KB
  Сооружение участка магистрального газопровода с разработкой очистки полости и испытания Введение Газовая промышленность является одной из самых динамично развивающихся отраслей экономики Российской Федерации. В последние годы она вышла на первое мес...