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Gravitationskraft

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Die Gravitationskraft wird definiert als das Produkt der gravitativen Masse mit der Gravitationsbeschleunigung. Die Gravitationsbeschleunigung hängt vom betrachteten Planeten oder Mond ab. Während auf der Erde die Gravitationsbeschleunigung $g$ 9,8 m/s² beträgt, beträgt sie auf dem Mond 1,625 m/s².

>Modell

ID:(1413, 0)



Massengleichheit von Trägheit und Gravitation

Beschreibung

Die Gravitationsmasse m_g und die Trägheitsmasse m_i sind empirisch identisch, sodass die Beschleunigung eines Körpers im Gravitationsfeld nicht von der Masse des Objekts abhängt.

Dies wurde von den Astronauten in Apollo 15 gezeigt. Der erste Teil enthält das Originalvideo, der zweite eine Hollywood-Version.

ID:(11026, 0)



Gravitationskraft

Beschreibung

Die Gravitationskraft wird definiert als das Produkt der gravitativen Masse mit der Gravitationsbeschleunigung. Die Gravitationsbeschleunigung hängt vom betrachteten Planeten oder Mond ab. Während auf der Erde die Gravitationsbeschleunigung $g$ 9,8 m/s² beträgt, beträgt sie auf dem Mond 1,625 m/s².

Variablen

Symbol
Text
Variable
Wert
Einheiten
Berechnen
MKS-Wert
MKS-Einheiten
$v_0$
v_0
Anfangsgeschwindigkeit
m/s
$s_0$
s_0
Ausgangsstellung
m
$v$
v
Geschwindigkeit
m/s
$m_g$
m_g
Gravitationsmasse
kg
$a_0$
a_0
konstante Beschleunigung
m/s^2
$F$
F
Kraft mit konstanter Masse
N
$s$
s
Position
m
$F_g$
F_g
Schwerkraft
N
$t_0$
t_0
Startzeit
s
$m_i$
m_i
Träge Masse
kg
$t$
t
Zeit
s

Berechnungen


Zuerst die Gleichung auswählen:   zu ,  dann die Variable auswählen:   zu 

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

Berechnungen

Symbol
Gleichung
Gelöst
Übersetzt

 Variable   Gegeben   Berechnen   Ziel :   Gleichung   Zu verwenden



Gleichungen

Im Falle, dass die konstante Beschleunigung ($a_0$) gleich die Mittlere Beschleunigung ($\bar{a}$) ist, wird es gleich

$ a_0 = \bar{a} $

.

Deshalb, wenn wir die Geschwindigkeit Unterschied ($\Delta v$) als

$ dv \equiv v - v_0 $



und der Abgelaufene Zeit ($\Delta t$) als

$ \Delta t \equiv t - t_0 $



betrachten, kann die Gleichung f r die konstante Beschleunigung ($a_0$)

$ \bar{a} \equiv\displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta t }$



als

$a_0 = \bar{a} = \displaystyle\frac{\Delta v}{\Delta t} = \displaystyle\frac{v - v_0}{t - t_0}$



geschrieben werden, und durch Umstellen erhalten wir

$ v = v_0 + a_0 ( t - t_0 )$

.

(ID 3156)

Im Fall von die konstante Beschleunigung ($a_0$) ist die Geschwindigkeit ($v$) als Funktion von der Zeit ($t$) eine Gerade, die durch der Startzeit ($t_0$) und die Anfangsgeschwindigkeit ($v_0$) verl uft und durch die Gleichung definiert ist:

$ v = v_0 + a_0 ( t - t_0 )$



Da die Zurückgelegte Strecke in einer Zeit ($\Delta s$) den Bereich unter der Geschwindigkeits-Zeit-Kurve darstellt, k nnen wir die Beitr ge des Rechtecks summieren:

$v_0(t-t_0)$



und des Dreiecks:

$\displaystyle\frac{1}{2}a_0(t-t_0)^2$



Um die Zurückgelegte Strecke in einer Zeit ($\Delta s$) mit die Position ($s$) und die Ausgangsstellung ($s_0$) zu erhalten, ergibt sich:

$ \Delta s = s - s_0 $



Daraus folgt:

$ s = s_0 + v_0 ( t - t_0 )+\displaystyle\frac{1}{2} a_0 ( t - t_0 )^2$

(ID 3157)

Wenn wir die Gleichungen f r der Zeit ($t$) und der Startzeit ($t_0$) in die Gleichung f r die Geschwindigkeit ($v$) aufl sen, die von die Anfangsgeschwindigkeit ($v_0$) und die konstante Beschleunigung ($a_0$) abh ngt:

$ v = v_0 + a_0 ( t - t_0 )$



erhalten wir:

$t - t_0= \displaystyle\frac{v - v_0}{a_0}$



Dann, wenn wir diesen Ausdruck in die Gleichung f r die Position ($s$) mit die Ausgangsstellung ($s_0$) einsetzen:

$ s = s_0 + v_0 ( t - t_0 )+\displaystyle\frac{1}{2} a_0 ( t - t_0 )^2$



erhalten wir einen Ausdruck f r den zur ckgelegten Weg in Abh ngigkeit von der Geschwindigkeit:

$ s = s_0 +\displaystyle\frac{ v ^2- v_0 ^2}{2 a_0 }$

(ID 3158)

Da der Moment ($p$) mit die Träge Masse ($m_i$) und die Geschwindigkeit ($v$) definiert ist,

$ p = m_i v $



Wenn die Träge Masse ($m_i$) gleich die Anfangsmasse ($m_0$) ist, k nnen wir den Impuls nach der Zeit ableiten und die Kraft mit konstanter Masse ($F$) erhalten:

$F=\displaystyle\frac{d}{dt}p=m_i\displaystyle\frac{d}{dt}v=m_ia$



Daher kommen wir zu dem Schluss, dass

$ F = m_i a $

(ID 10975)


Beispiele


(ID 15844)


(ID 15417)

Die gravitative Masse ist mit dem verbunden, was Newton als Gravitationsgesetz definierte und gibt die Kraft an, die ein K rper auf einen anderen aus bt. Es sollte nicht mit der tr gen Masse verwechselt werden, die den Widerstand angibt, den ein K rper gegen eine nderung seines Bewegungszustands erzeugt. Letztere ist mit der Tr gheit verbunden, die K rper erfahren, und wird als tr ge Masse bezeichnet.

(ID 14464)

Die Gravitationsmasse m_g und die Tr gheitsmasse m_i sind empirisch identisch, sodass die Beschleunigung eines K rpers im Gravitationsfeld nicht von der Masse des Objekts abh ngt.

Dies wurde von den Astronauten in Apollo 15 gezeigt. Der erste Teil enth lt das Originalvideo, der zweite eine Hollywood-Version.

(ID 11026)

Die Massen, die Newton in seinen Prinzipien verwendete, sind mit der Tr gheit der K rper verbunden, was zum Konzept von die Träge Masse ($m_i$) f hrt.

Das nach Newton benannte Gesetz, das die Kraft zwischen K rpern aufgrund ihrer Massen beschreibt, ist mit der Gravitation verbunden und wird daher als die Gravitationsmasse ($m_g$) bezeichnet.

Empirisch wurde festgestellt, dass beide Massen quivalent sind, und daher definieren wir

$ m_g = m_i $

Einstein war derjenige, der diese Gleichheit in Frage stellte und von diesem Zweifel aus verstand, warum beide in seiner Gravitationstheorie "gleich erscheinen". In seinem Argument erkl rte Einstein, dass Massen den Raum verformen, und diese Raumverformung f hrt zu einer Ver nderung des Verhaltens von K rpern. Auf diese Weise erweisen sich die Massen als quivalent. Das revolution re Konzept der Raumkr mmung impliziert, dass selbst Licht, das keine Masse hat, von Himmelsk rpern beeinflusst wird, was der Gravitationstheorie von Newton widerspricht. Dies wurde experimentell durch die Untersuchung des Verhaltens von Licht w hrend einer Sonnenfinsternis nachgewiesen. In dieser Situation werden Lichtstrahlen aufgrund der Anwesenheit der Sonne abgelenkt, was es erm glicht, Sterne hinter ihr zu beobachten.

(ID 12552)

Wenn auf eine Masse eine Kraft wirkt, die sie innerhalb des Erdgravitationsfeldes antreibt, ergibt sich folgende Beziehung:

$ F = F_g $

(ID 12813)

Im Fall, dass die Träge Masse ($m_i$) gleich die Anfangsmasse ($m_0$) ist,

$ m_g = m_i $



wird die Ableitung des Impulses gleich der Masse mal der Ableitung von die Geschwindigkeit ($v$) sein. Da die Ableitung der Geschwindigkeit die Augenblickliche Beschleunigung ($a$) ist, ergibt sich, dass die Kraft mit konstanter Masse ($F$) ist

$ F = m_i a $

(ID 10975)

Die Schwerkraft ($F_g$) basiert auf die Gravitationsmasse ($m_g$) des Objekts und auf einer Konstanten, die die Intensit t der Gravitation an der Oberfl che des Planeten widerspiegelt. Letztere wird durch die Gravitationsbeschleunigung ($g$) identifiziert, was $9.8 m/s^2$ entspricht.

Daraus folgt, dass:

$ F_g = m_g g $

(ID 3241)

Wenn die konstante Beschleunigung ($a_0$) ist, dann ist die Mittlere Beschleunigung ($\bar{a}$) gleich dem Wert der Beschleunigung, das hei t,

$ a_0 = \bar{a} $

.

In diesem Fall kann die Geschwindigkeit ($v$) als Funktion von der Zeit ($t$) berechnet werden, indem ber cksichtigt wird, dass sie mit der Differenz zwischen die Geschwindigkeit ($v$) und die Anfangsgeschwindigkeit ($v_0$) sowie der Zeit ($t$) und der Startzeit ($t_0$) verbunden ist.

$ v = v_0 + a_0 ( t - t_0 )$

Diese Gleichung repr sentiert somit eine Gerade im Geschwindigkeits-Zeit-Raum.

(ID 3156)

Im Fall von ERROR:5297.1 variiert die Geschwindigkeit ($v$) linear mit der Zeit ($t$), unter Verwendung von die Anfangsgeschwindigkeit ($v_0$) und der Startzeit ($t_0$):

$ v = v_0 + a_0 ( t - t_0 )$



Daher kann die Fl che unter dieser Linie berechnet werden, was zu die Zurückgelegte Strecke in einer Zeit ($\Delta s$) f hrt. In Kombination mit die Ausgangsstellung ($s_0$) k nnen wir die Position ($s$) berechnen, was zu folgendem Ergebnis f hrt:

$ s = s_0 + v_0 ( t - t_0 )+\displaystyle\frac{1}{2} a_0 ( t - t_0 )^2$

Dies entspricht der allgemeinen Form einer Parabel.

(ID 3157)

Im Falle einer konstanten Beschleunigung k nnen wir die Position ($s$) aus die Ausgangsstellung ($s_0$), die Anfangsgeschwindigkeit ($v_0$), der Zeit ($t$) und der Startzeit ($t_0$) mit der Gleichung berechnen:

$ s = s_0 + v_0 ( t - t_0 )+\displaystyle\frac{1}{2} a_0 ( t - t_0 )^2$



Dies erm glicht es uns, die Beziehung zwischen der w hrend der Beschleunigung/Verz gerung zur ckgelegten Strecke und der nderung der Geschwindigkeit zu bestimmen:

$ s = s_0 +\displaystyle\frac{ v ^2- v_0 ^2}{2 a_0 }$

(ID 3158)


ID:(1413, 0)