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Loi de Gravitation universelle de Newton
 

Loi de Gravitation universelle de Newton

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La Loi de la Gravitation universelle a été l’aboutissement d’années d’efforts par Isaac Newton pour comprendre la force d’attraction entre les masses.

Selon la légende, quand Newton a vu une pomme tomber d’un arbre il en déduit qu’une force doit se baser la pomme de la terre. Si cette force pourrait agir en haut d’un arbre, il pourrait agir à des distances encore plus grande. À l’époque, il étudiait les orbites de la lune et les planètes et finalement formulé la Loi de la gravitation universelle pour expliquer leur mouvement.

Loi de gravitation universelle de Newton stipule que chaque particule dans l’univers attire chaque autre particule avec une force proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance entre eux.

Cette vidéo va montrer comment expérimentalement mesurer l’accélération due à la pesanteur et comparez-la à la valeur théorique de l’équation définissant la force gravitationnelle.

Avant de plonger dans l’expérience, nous allons examiner les principes qui sous-tendent la Loi de la Gravitation universelle. La force gravitationnelle de la terre sur la lune est égale en grandeur et en face en direction de la force de la lune sur la terre. Cette force FG agit le long de la ligne joignant leurs centres de masse.

Selon la Loi de la pesanteur, FG est égal à G - la constante de gravitation universelle, temps le produit des deux masses, divisé par le carré de r, qui est la distance entre leurs centres de masse.

Avec cette expression, il est possible de calculer la force gravitationnelle de que la terre exerce sur un objet à n’importe quelle distance, y compris près d’ou sur sa surface. Dans le cas de la pomme tombant d’un arbre, disons que la masse de la pomme est m, masse de la terre est à moi et le rayon est rE.

Deuxième loi de Newton du mouvement États que la force est égale à masse fois accélération. Si l'on combine cette équation, appliquée à la pomme, avec la Loi de la pesanteur, nous pouvons annuler masse m des deux côtés. la pomme Dans ce contexte, l’accélération est typiquement notée par la lettre g

Maintenant, la force gravitationnelle sur la pomme est donnée par la Loi de la Gravitation universelle, mais de la deuxième loi du mouvement, cette force peut aussi être exprimée en mg. Comme nous l’avons vu avec l’exemple de la terre et la lune, la force de la terre sur la pomme est la même que la force de la pomme sur la terre. Mais pourquoi seulement voyons-nous la pomme tomber vers la terre ? Pourquoi ne voit-on pas le mouvement de la terre vers la pomme ?

Si nous regardons en arrière à la seconde loi de Newton du mouvement, nous pouvons réorganiser pour montrer qu’accélération est égale à la force divisée par la masse. Autrement dit, pour une force donnée accélération est inversement proportionnelle à la masse. Parce que la terre est beaucoup plus massive que la pomme, l’accélération de la terre vers la pomme est insignifiante et essentiellement indétectable. Et c’est pourquoi la pomme tombe de l’arbre.

Revenir à l’équation de la gravitation g, depuis toutes les valeurs sur le côté droit - la constante de gravitation universelle, la masse de la terre et le rayon de la terre--sont connus pour un objet à proximité de la terre de surface, l’ampleur de g est également la valeur standard, qui est de 9,8 mètres par seconde au carré.

Toutefois, cette valeur peut être calculée expérimentalement, il suffit de laisser tomber une bille d’une hauteur connue et en appliquant les équations de la cinématiques. Et nous démontrerons comment faire cela dans les sections suivantes.

Cette expérience utilise une boule en métal, un bâton de compteur, un capteur dont le ballon sera suspendu, un autre capteur sur lequel la balle atterrira, un minuteur relié à des capteurs, un collier et une canne-béquille. Tout d’abord, utilisez la pince pour fixer le capteur de boule à la tige, au moins 0,5 mètres au-dessus de la surface de la table. Ensuite, placez le second capteur directement sous le premier capteur.

Ensuite, mesurez la distance entre les capteurs en haut et en bas. La distance doit être mesurée à l’égard de la partie inférieure de la boule.

Maintenant, libérer la balle du capteur pour elle tombe sur le capteur inférieur et enregistrer le temps.

Répétez cette procédure cinq fois et ensuite calculer le temps de chute moyenne

De la cinématique vidéo dans cette collection, nous savons que cette formule décrit la position en mouvement unidimensionnel d’un objet avec une accélération constante.

Puisque nous traitons de la gravitation de la terre, l’accélération est en l’occurrence l’accélération due à la gravité, ou g. Et la vitesse initiale est nulle, puisque la balle est au repos avant la chute. Ainsi, si nous passons la position initiale de l’autre côté de l’équation, le côté gauche devient y moins y0, qui n’est rien d’autre que d - la distance entre le point de mesure initiale et finale. Maintenant, nous pouvons réorganiser l’équation pour g.

Pour cette expérience, d était de 0,72 mètres et le temps moyen chute libre 0,382 secondes. L’accélération gravitationnelle expérimentale qui en résulte est de 9,9 mètres par seconde au carré. Expérience et la théorie diffèrent uniquement par environ 1 %, ce qui indique que la Loi de la Gravitation universelle de Newton est une très bonne description de l’attraction gravitationnelle.

La Loi de la Gravitation universelle est impliquée dans les calculs effectués par différentes branches de l’ingénierie.

La branche de l’ingénierie mécanique appelé statique est préoccupée avec les forces sur des objets fixes, comme les ponts. Ingénieurs de conception de ponts utilisent statique et en particulier l’équation F = mg, tout au long de leur travail pour analyser les charges de la charpente.

Une mission de gravité-cartographie de la NASA utilise deux identiques satellites et un leader, un autre fuite en orbite autour de la terre ensemble. Lorsque le premier satellite passe au-dessus d’une calotte glaciaire ou d’autre concentration massique, il accélère en raison de la relativement plus grande force d’attraction. Le satellite fin des expériences similaire accélération lorsqu’il passe sur la même zone.

Un système de mesure mesure comment et où la distance change entre eux, fournissant des informations sur la distribution des concentrations de massives autour de la terre.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE Loi de Newton de la gravitation universelle. Vous devez maintenant savoir comment déterminer la force gravitationnelle entre deux masses et comprendre comment calculer l’accélération due à la force de gravité à la surface de la terre. Merci de regarder !

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