Prinsip-prinsip Hukum Gravitasi Newton

Newton hukum gravitasi mendefinisikan kekuatan yang menarik antara semua benda yang dimiliki massa. Memahami hukum gravitasi, salah satunya kekuatan fundamental fisika, menawarkan wawasan mendalam tentang cara fungsi alam semesta kita.

Kisah yang terkenal itu Isaac Newton datang dengan ide untuk hukum gravitasi dengan menjatuhkan apel di kepalanya tidak benar, meskipun dia mulai berpikir tentang masalah di pertanian ibunya ketika dia melihat sebuah apel jatuh dari pohon pohon. Dia bertanya-tanya apakah kekuatan yang sama yang bekerja pada apel juga bekerja di bulan. Jika demikian, mengapa apel jatuh ke Bumi dan bukan bulan?

Seiring dengan miliknya Tiga Hukum GerakanNewton juga menguraikan hukum gravitasi di buku 1687 Philosophiae naturalis principia Mathematica (Prinsip-prinsip Matematika dari Filsafat Alam), yang umumnya disebut sebagai Principia.

Johannes Kepler (fisikawan Jerman, 1571-1630) telah mengembangkan tiga hukum yang mengatur gerak lima planet yang dikenal saat itu. Dia tidak memiliki model teoretis untuk prinsip-prinsip yang mengatur gerakan ini, tetapi lebih mencapainya melalui trial and error selama masa studinya. Karya Newton, hampir seabad kemudian, adalah mengambil hukum gerak yang telah ia kembangkan dan menerapkannya pada gerakan planet untuk mengembangkan kerangka kerja matematika yang ketat untuk gerakan planet ini.

Newton akhirnya sampai pada kesimpulan bahwa, pada kenyataannya, apel dan bulan dipengaruhi oleh gaya yang sama. Dia menamakannya gaya gravitasi (atau gravitasi) setelah kata Latin gravitas yang secara harfiah diterjemahkan menjadi "berat" atau "berat."

Dalam Principia, Newton mendefinisikan gaya gravitasi dengan cara berikut (diterjemahkan dari bahasa Latin):

Setiap partikel materi di alam semesta menarik setiap partikel lainnya dengan kekuatan yang berbanding lurus untuk produk dari massa partikel dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka.

Secara matematis, ini diterjemahkan ke dalam persamaan gaya:

F_G = Gm₁m₂/ r²

Dalam persamaan ini, jumlah didefinisikan sebagai:

• F_g = Gaya gravitasi (biasanya dalam newton)
• G = konstanta gravitasi, yang menambahkan tingkat proporsionalitas yang tepat ke persamaan. Nilai dari G adalah 6.67259 x 10^-11 N * m² / kg², meskipun nilainya akan berubah jika unit lain digunakan.
• m₁ & m₁ = Massa dari dua partikel (biasanya dalam kilogram)
• r = Jarak garis lurus antara dua partikel (biasanya dalam meter)

Persamaan ini memberi kita besarnya gaya, yang merupakan gaya menarik dan karenanya selalu diarahkan terhadap partikel lainnya. Sesuai Hukum Ketiga Newton tentang Gerak, gaya ini selalu sama dan berlawanan. Tiga Hukum Gerak Newton memberi kita alat untuk menafsirkan gerak yang disebabkan oleh gaya dan kita melihat bahwa partikel itu bersama kurang massa (yang mungkin atau mungkin bukan partikel yang lebih kecil, tergantung pada kepadatannya) akan mempercepat lebih dari yang lain partikel. Inilah sebabnya mengapa benda-benda ringan jatuh ke Bumi jauh lebih cepat daripada Bumi jatuh ke arah mereka. Meski begitu, gaya yang bekerja pada objek cahaya dan Bumi besarnya identik, meskipun tidak terlihat seperti itu.

Penting juga untuk dicatat bahwa gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara objek. Ketika benda semakin terpisah, gaya gravitasi turun dengan sangat cepat. Pada jarak paling jauh, hanya benda dengan massa sangat tinggi seperti planet, bintang, galaksi, dan lubang hitam memiliki efek gravitasi yang signifikan.

Dalam sebuah objek yang terdiri dari banyak partikel, setiap partikel berinteraksi dengan setiap partikel dari objek lain. Karena kita tahu kekuatan itu (termasuk gravitasi) adalah jumlah vektor, kita dapat melihat kekuatan-kekuatan ini memiliki komponen-komponen dalam arah paralel dan tegak lurus dari dua objek. Dalam beberapa benda, seperti bidang dengan kerapatan seragam, komponen gaya tegak lurus akan saling membatalkan, jadi kita bisa memperlakukan objek seolah-olah mereka adalah partikel titik, mengenai diri kita hanya dengan gaya total di antara mereka.

Pusat gravitasi suatu benda (yang umumnya identik dengan pusat massanya) berguna dalam situasi ini. Kami melihat gravitasi dan melakukan perhitungan seolah-olah seluruh massa objek difokuskan pada pusat gravitasi. Dalam bentuk sederhana - bola, cakram bundar, piring persegi panjang, kubus, dll. - titik ini berada di pusat geometris objek.

Ini model ideal interaksi gravitasi dapat diterapkan dalam sebagian besar aplikasi praktis, meskipun dalam beberapa lebih esoteris situasi seperti medan gravitasi yang tidak seragam, perawatan lebih lanjut mungkin diperlukan demi presisi.

• Hukum Gravitasi Newton
• Medan Gravitasi
• Energi Potensial Gravitasi
• Gravitasi, Fisika Kuantum, & Relativitas Umum

Hukum gravitasi universal Sir Isaac Newton (mis. Hukum gravitasi) dapat dinyatakan kembali ke dalam bentuk medan gravitasi, yang dapat terbukti menjadi sarana yang berguna untuk melihat situasi. Alih-alih menghitung gaya antara dua objek setiap kali, kami malah mengatakan bahwa objek dengan massa menciptakan medan gravitasi di sekitarnya. Medan gravitasi didefinisikan sebagai gaya gravitasi pada titik tertentu dibagi dengan massa suatu benda pada titik itu.

Kedua g dan Fg memiliki panah di atas mereka, yang menunjukkan sifat vektor mereka. Sumber massa M. sekarang dikapitalisasi. Itu r di ujung paling kanan dua rumus memiliki karat (^) di atasnya, yang berarti bahwa itu adalah vektor satuan dalam arah dari titik sumber massa M.. Karena titik vektor menjauh dari sumber sementara gaya (dan bidang) diarahkan ke sumber, negatif diperkenalkan untuk membuat titik vektor dalam arah yang benar.

Persamaan ini menggambarkan a bidang vektor sekitar M. yang selalu diarahkan ke sana, dengan nilai yang sama dengan percepatan gravitasi suatu benda di dalam bidang. Satuan medan gravitasi adalah m / s2.

• Hukum Gravitasi Newton
• Medan Gravitasi
• Energi Potensial Gravitasi
• Gravitasi, Fisika Kuantum, & Relativitas Umum

Ketika suatu benda bergerak dalam medan gravitasi, pekerjaan harus dilakukan untuk memindahkannya dari satu tempat ke tempat lain (titik awal 1 hingga titik akhir 2). Dengan menggunakan kalkulus, kita mengambil gaya integral dari posisi awal ke posisi akhir. Karena konstanta gravitasi dan massa tetap konstan, integralnya ternyata hanya integral dari 1 / r2 dikalikan dengan konstanta.

Kami mendefinisikan energi potensial gravitasi, U, seperti yang W = U1 - U2. Ini menghasilkan persamaan di sebelah kanan, untuk Bumi (dengan massa saya. Di beberapa bidang gravitasi lainnya, saya akan diganti dengan massa yang sesuai, tentu saja.

Di Bumi, karena kita tahu jumlah yang terlibat, energi potensial gravitasi U dapat direduksi menjadi persamaan dalam hal massa m dari suatu benda, percepatan gravitasi (g = 9,8 m / s), dan jaraknya y di atas asal koordinat (umumnya tanah dalam masalah gravitasi). Persamaan yang disederhanakan ini menghasilkan energi potensial gravitasi dari:

U = mgy

Ada beberapa detail lain dari penerapan gravitasi di Bumi, tetapi ini adalah fakta yang relevan sehubungan dengan energi potensial gravitasi.

Perhatikan bahwa jika r semakin besar (suatu objek menjadi lebih tinggi), energi potensial gravitasi meningkat (atau menjadi kurang negatif). Jika objek bergerak lebih rendah, ia semakin dekat ke Bumi, sehingga energi potensial gravitasi berkurang (menjadi lebih negatif). Pada perbedaan tanpa batas, energi potensial gravitasi pergi ke nol. Secara umum, kami benar-benar hanya peduli tentang perbedaan dalam energi potensial ketika suatu benda bergerak di bidang gravitasi, sehingga nilai negatif ini tidak menjadi perhatian.

Formula ini diterapkan dalam perhitungan energi dalam medan gravitasi. Sebagai bentuk energi, energi potensial gravitasi tunduk pada hukum kekekalan energi.

Indeks Gravitasi:

• Hukum Gravitasi Newton
• Medan Gravitasi
• Energi Potensial Gravitasi
• Gravitasi, Fisika Kuantum, & Relativitas Umum

Ketika Newton mempresentasikan teorinya tentang gravitasi, ia tidak memiliki mekanisme untuk bagaimana gaya itu bekerja. Objek saling menarik melintasi jurang raksasa ruang kosong, yang tampaknya bertentangan dengan semua yang diharapkan para ilmuwan. Itu akan lebih dari dua abad sebelum kerangka kerja teoritis akan menjelaskan secara memadai Mengapa Teori Newton sebenarnya berhasil.

Dalam bukunya Teori Relativitas Umum, Albert Einstein menjelaskan gravitasi sebagai lengkungan ruangwaktu di sekitar massa apa pun. Objek dengan massa yang lebih besar menyebabkan lengkungan yang lebih besar, dan dengan demikian menunjukkan tarikan gravitasi yang lebih besar. Ini telah didukung oleh penelitian yang telah menunjukkan cahaya yang sebenarnya melengkung di sekitar benda-benda besar seperti matahari, yang akan diprediksi oleh teori karena ruang itu sendiri melengkung pada titik itu dan cahaya akan mengikuti jalur paling sederhana ruang. Ada detail yang lebih besar pada teorinya, tetapi itulah poin utamanya.

Upaya saat ini di fisika kuantum sedang berusaha untuk menyatukan semua kekuatan fundamental fisika menjadi satu kekuatan terpadu yang bermanifestasi dengan cara yang berbeda. Sejauh ini, gravitasi membuktikan rintangan terbesar untuk dimasukkan ke dalam teori terpadu. Misalnya teori gravitasi kuantum akhirnya akan menyatukan relativitas umum dengan mekanika kuantum menjadi pandangan tunggal, mulus dan elegan bahwa semua fungsi alam di bawah satu jenis interaksi partikel mendasar.

Dalam bidang gravitasi kuantum, berteori bahwa ada partikel virtual yang disebut a graviton yang memediasi gaya gravitasi karena itulah bagaimana tiga kekuatan fundamental lainnya beroperasi (atau satu gaya, karena mereka pada dasarnya sudah bersatu bersama). Graviton belum, bagaimanapun, telah diamati secara eksperimental.

Artikel ini membahas prinsip-prinsip dasar gravitasi. Memasukkan gravitasi ke dalam perhitungan kinematika dan mekanika cukup mudah, setelah Anda memahami bagaimana menafsirkan gravitasi di permukaan bumi.

Tujuan utama Newton adalah menjelaskan gerakan planet. Seperti yang disebutkan sebelumnya, Johannes Kepler telah menyusun tiga hukum gerak planet tanpa menggunakan hukum gravitasi Newton. Mereka, ternyata, sepenuhnya konsisten dan seseorang dapat membuktikan semua Hukum Kepler dengan menerapkan teori gravitasi universal Newton.