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

49 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

19087. Общая постановка задачи дискретизации 155 KB
  Лекция № 1. Введение. Общая постановка задачи дискретизации. Цели и задачи курса: данный курс предназначен для освоения базовых понятий теории дискретных сигналов и основных принципов построения систем цифровой обработки сигналов. Курс знакомит с теоретическими о
19088. Выбор частоты дискретизации с помощью функций отсчетов 187.5 KB
  Лекция № 2. Выбор частоты дискретизации с помощью функций отсчетов. Теорема Котельникова: произвольный сигнал непрерывный спектр которого не содержит частот выше может быть полностью восстановлен если известны отсчетные значения этого сигнала взятые через равн
19089. Выбор шага дискретизации с использованием интерполирующих полиномов Лагранжа 181 KB
  Лекция № 3. Выбор шага дискретизации с использованием интерполирующих полиномов Лагранжа. При дискретизации реального сигнала описываемого непрерывной функцией имеющей ограниченную производную в качестве аппроксимирующей воспроизводящей функции может ис
19090. Выбор шага дискретизации с использованием экстраполирующих многочленов Тейлора 227 KB
  Лекция № 4. Выбор шага дискретизации с использованием экстраполирующих многочленов Тейлора. Экстраполирующий многочлен Тейлора описывающий исходную функцию определяется выражением: 4.1 где соответственно первая вторая и производные непрерывной ...
19091. Работа со cписками и Базы данных в Excel 336.71 KB
  Excel располагает набором функций, предназначенных для анализа списка. Одной из наиболее часто решаемых с помощью электронных таблиц является обработка списков. Вследствие этого Microsoft Excel имеет богатый набор средств, которые позволяют значительно у простить обработку таких данных. Ниже приведено несколько советов по работе со списками.
19092. Квантование сигналов по уровню 326.5 KB
  Лекция № 5. Квантование сигналов по уровню. Постановка задачи. Процесс преобразования сигнала с непрерывным множеством значений в сигнал с дискретными значениями называют квантованием по уровню. По существу операция квантования заключается в округлении значения...
19093. Ортогональные преобразования сигналов в базисе функций Уолша 222.5 KB
  Лекция № 6. Ортогональные преобразования сигналов в базисе функций Уолша. При обработке дискретных сигналов большое значение представляет ортонормированная система базисных функций Уолша. Непрерывные функции Уолша относятся к классу кусочнопостоянных знакопере
19094. Принципы линейной обработки дискретных сигналов. 258.5 KB
  Лекция № 7. Принципы линейной обработки дискретных сигналов. Линейная обработка дискретных сигналов цифровая обработка цифровая фильтрация – произвольная линейная операция над входными дискретными данными. Дискретный фильтр цифровой фильтр – дискретная сис
19095. Характеристики дискретных (цифровых) фильтров 176 KB
  Лекция № 8. Характеристики дискретных цифровых фильтров. Основными характеристиками стационарных линейных дискретных фильтров являются следующие: импульсная характеристика ; комплексная частотная характеристика ; амплитудночастотная и фазочастот...