Ecuația greutății

Greutatea este forța generată de atracția gravitațională a pământului asupra oricărui obiect. Greutatea este fundamental diferită de forțele aerodinamice, de ridicare și de tracțiune. Forțele aerodinamice sunt forțe mecanice iar obiectul trebuie să fie în contact fizic cu aerul care generează forța. Forța gravitațională este o forța câmpului; sursa forței nu trebuie să fie în contact fizic cu obiectul.

Natura forței gravitaționale a fost studiată de oamenii de știință de mulți ani și este încă investigată de fizicienii teoretici. Pentru un obiect de mărimea unui avion care zboară lângă pământ, descrierile date acum trei sute de ani de Sir Isaac Newton funcționează destul de bine. Newton și-a publicat teoria gravitației cu legile sale de mișcare în 1686. Forța gravitațională, F, între două particule este egală cu o constantă universală, G, ori produsul masei particulelor, m1 și m2, împărțit la pătratul distanței, d, între particule.

F = G * m1 * m2/d ^ 2

Dacă aveți o mulțime de particule care acționează asupra unei singure particule, trebuie să adăugați contribuția tuturor particulelor individuale. Pentru obiectele din apropierea pământului, suma masei tuturor particulelor este pur și simplu masa pământului, iar distanța este apoi măsurată de la centrul pământului. La suprafața pământului distanța este de aproximativ 4000 de mile. Oamenii de știință au combinat constanta gravitațională universală, masa pământului și pătratul razei pământului pentru a forma accelerația gravitațională, g. Pe suprafața pământului, valoarea sa este de 9,8 metri pe secundă pătrată sau 32,2 metri pe secundă pătrată.

g = G * m pământ/(d pământ) ^ 2

Greutatea W, sau forța gravitațională, este atunci doar masa unui obiect de ori accelerarea gravitațională.

Deoarece constanta gravitațională (g) depinde de pătratul distanței de la centrul pământului, greutatea unui obiect scade odată cu altitudinea.

Să facem o problemă de testare pentru a vedea cât de mult se schimbă greutatea unui avion cu altitudinea. Dacă un avion zboară la 35000 de picioare (aproximativ 7 mile), distanța până la centrul pământului este de aproximativ 4007 mile. Putem calcula raportul dintre constanta gravitațională și valoarea de la suprafața pământului ca pătratul de (4000/4007) care este egal cu .9983 * .9983 = .9965. Dacă avionul cântărește 10000 de lire sterline pe suprafața pământului, cântărește 9965 de lire sterline la 35000 de picioare; a slăbit 35 de lire sterline, o sumă foarte mică comparativ cu 10000 de lire sterline.

Să facem o altă problemă și să calculăm greutatea Navetei Spațiale pe orbita terestră joasă. La sol, orbitatorul cântărește aproximativ 250.000 de lire sterline. Pe orbită, naveta se află la aproximativ 200 de mile deasupra suprafeței pământului. Ca și înainte, raportul constantei gravitaționale este pătratul de (4000/4200) care este egal cu .9523 * .9523 = .907. Pe orbită, naveta cântărește 250.000 * .907 = 226.757 lire sterline. Observație: greutatea nu este zero. Naveta nu este fără greutate pe orbită. „Greutatea” este cauzată de viteza navetei pe orbită. Naveta este trasă spre pământ din cauza gravitației. Dar viteza orbitală mare, tangentă la suprafața pământului, face ca căderea spre suprafață să fie potrivită exact de curbura pământului departe de navetă. În esență, naveta cade constant în jurul pământului.