Gravitációs mező (Vázlat)

Hasonló dokumentumok
Newton törvények és a gravitációs kölcsönhatás (Vázlat)

Különféle erőhatások és erőtörvényeik (vázlat)

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Tömegvonzás, bolygómozgás

A test tömegének és sebességének szorzatát nevezzük impulzusnak, lendületnek, mozgásmennyiségnek.

Képlet levezetése :F=m a = m Δv/Δt = ΔI/Δt

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

Komplex természettudomány 3.

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

A világtörvény keresése

Mágneses mező jellemzése

Newton törvények, erők

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Newton törvények, lendület, sűrűség

TestLine - 7. Fizika Témazáró Erő, munka, forgatónyomaték Minta feladatsor

TestLine - 7. Fizika Témazáró Erő, munka, forgatónyomaték Minta feladatsor

Speciális mozgásfajták

Mágneses mező jellemzése

Sztehlo Gábor Evangélikus Óvoda, Általános Iskola és Gimnázium. Osztályozóvizsga témakörök 1. FÉLÉV. 9. osztály

Ábragyűjtemény levelező hallgatók számára

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Mechanika. Kinematika

Szilárd testek rugalmassága

A testek tehetetlensége

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Folyadékok és gázok mechanikája

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

EGYENES VONALÚ MOZGÁSOK KINEMATIKAI ÉS DINAMIKAI LEÍRÁSA

Periódikus mozgás, körmozgás, bolygók mozgása, Newton törvények

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Osztályozó, javító vizsga 9. évfolyam gimnázium. Írásbeli vizsgarész ELSŐ RÉSZ

Dinamika. A dinamika feladata a test(ek) gyorsulását okozó erők matematikai leírása.

Időben állandó mágneses mező jellemzése

Fizika minta feladatsor

A Föld helye a Világegyetemben. A Naprendszer

Erők (rug., grav., súrl., közegell., centripet.,), és körmozgás, bolygómozgás Rugalmas erő:

ELEKTROSZTATIKA. Ma igazán feltöltődhettek!

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

Folyadékok és gázok áramlása

Elektrosztatikai alapismeretek

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Elektromos alapjelenségek

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Termodinamika. Belső energia

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Folyadékok és gázok áramlása

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

Újpesti Bródy Imre Gimnázium és Ál tal án os Isk ola

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Mágneses mező tesztek. d) Egy mágnesrúd északi pólusához egy másik mágnesrúd déli pólusát közelítjük.

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK február 13.

A mágneses tulajdonságú magnetit ásvány, a görög Magnészia városról kapta nevét.

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

A gravitációról és a nehézségi erőről, a tehetetlen és súlyos tömeg azonosságáról

A nagyobb tömegű Peti 1,5 m-re ült a forgástengelytől. Összesen: 9p

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

Mérje meg a lejtőn legördülő kiskocsi gyorsulását a rendelkezésre álló eszközök segítségével! Eszközök: Kiskocsi-sín, Stopperóra, Mérőszalag

Folyadékok és gázok mechanikája

TestLine - Fizika 8. évfolyam elektromosság alapok Minta feladatsor

Szekszárdi I Béla Gimnázium Középszintű fizika szóbeli érettségi vizsga témakörei és kísérletei

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

Az elektromágneses indukció jelensége

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

IMPULZUS MOMENTUM. Impulzusnyomaték, perdület, jele: N

A mechanika alapjai. A pontszerű testek dinamikája

Földünk a világegyetemben

Fizika alapok. Az előadás témája

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

V e r s e n y f e l h í v á s

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

Elektrosztatika Mekkora két egyenlő nagyságú töltés taszítja egymást 10 m távolságból 100 N nagyságú erővel? megoldás

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Erők (rug., grav., súly, súrl., közegell., centripet.,), forgatónyomaték, egyensúly Rugalmas erő:

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Fizika példák a döntőben

71. A lineáris és térfogati hőtágulási tényező közötti összefüggés:

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

FIZIKA VIZSGATEMATIKA

3. fizika előadás-dinamika. A tömeg nem azonos a súllyal!!! A súlytalanság állapotában is van tömegünk!

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

1. SI mértékegységrendszer

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

1. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás kísérleti vizsgálata és jellemzői. 2. A gyorsulás

Bor Pál Fizikaverseny tanév 8. évfolyam I. forduló Név: Név:... Iskola... Tanárod neve:...

1. Elektromos alapjelenségek

Vizsgatémakörök fizikából A vizsga minden esetben két részből áll: Írásbeli feladatsor (70%) Szóbeli felelet (30%)

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Pósfay Péter. ELTE, Wigner FK Témavezetők: Jakovác Antal, Barnaföldi Gergely G.

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Átírás:

Gravitációs mező (Vázlat) 1. Gravitációs mező. Gravitációs mező jellemző tulajdonságai 3. Newton-féle gravitációs törvény 4. A gravitációs állandó meghatározása 5. A gravitációs térerősség és potenciál 6. Gravitációval összekapcsolható jelenségek, fogalmak a) Eötvös-féle torziós inga b) Súly c) Súlytalanság d) Bolygók mozgása e) Első és második kozmikus sebesség f) Csillagok életét meghatározó gravitáció 7. izikatörténeti vonatkozások 1

Gravitációs mező Az anyagnak két megjelenési formája van: 1. a korpuszkuláris anyag, és. a mező. A korpuszkuláris anyag a részecskékből álló anyag. Ilyen a gáz, folyékony és szilárd halmazállapotú anyag, de ide tartozik a proton, neutron stb. is. A mező az anyag egyik sajátos formája, amely rendelkezik pl. energiával. Az elektromosan töltött testeket az elektromos mező, a mágneseket a mágneses mező veszi körül, a tömeggel rendelkező testeket pedig a gravitációs mező. Két tömeggel rendelkező test úgy lép kölcsönhatásba egymással, hogy az egyik tömeg által létrehozott gravitációs mező hat a mezőbe helyezett másik tömeggel rendelkező testre. A gravitációs kölcsönhatás jellemzése A gravitációs kölcsönhatás mindig csak vonzásban nyilvánul meg. Az anyag kölcsönhatásai közül a gravitációs kölcsönhatás a leggyengébb. A gravitációs mező hatása nem árnyékolható le. A gravitációs mező egyetemes. Ez azt jelenti, hogy a világmindenség minden részecskéjéhez tartozik egy gravitációs mező. Így a világmindenség minden részecskéje kölcsönhatásban van minden részecskével.

Gravitációs mező jellemző tulajdonságai 1. A gravitációs mező forrásos mező. A gravitációs mező forrásai a tömeggel rendelkező testek. Ahol tömeg van, ott kialakul a gravitációs mező.. A gravitációs mező konzervatív mező. Ez azt jelenti, hogy a gravitációs mezőben fellépő gravitációs erő által két pont között végzett munka nagysága nem függ az útpálya hosszától, csak a két pont helyzetétől. 3. A gravitációs mező örvénymentes mező. Ez azt jelenti, hogy a mezőben fellépő konzervatív gravitációs erő által zárt görbe mentén végzett munka összege nulla. 3

Newton-féle gravitációs törvény Tömeggel rendelkező testek között fellépő kölcsönhatást Newton fogalmazta meg 1686-ban. Bármely két tömeggel rendelkező test között fellép a gravitációs erő. Ez az erő egyenesen arányos a két test tömegének szorzatával, és fordítottan arányos a két test közötti távolság négyzetével. Az arányossági tényező a gravitációs-állandó. = γ m m 1 r A gravitációs-állandót Newton felismerését követően majdnem 100 évvel később Cavendish állapította meg. 4

Gravitációs állandó meghatározása Cavendish-kísérlet Cavendish torziós szálra egy tükröt és egy pálcát erősített, és arra szimmetrikusan két m tömegű testet. Ezt követően r távolságra M tömegű testet helyezett el. A gravitációs erő hatására a torziós szál elcsavarodott. Az elcsavarodás szögét a torziós szálon lévő tükörre vetített fénysugár segítségével mérte. Ebből kiszámolta a gravitációs erőt, és az M-et, m-et, r-t megmérte. Így meghatározható a gravitációs állandó. γ = r M m = 6,67 10 11 N m kg 5

A gravitációs térerősség és potenciál A gravitációs mező jellemzésére szolgáló fizikai mennyiségek: a) gravitációs térerősség b) gravitációs potenciál. a) A gravitációs térerősség A gravitációs mező erősségét jellemző vektormennyiség a gravitációs térerősség. Jele: E g A gravitációs mezőbe pontról pontra egységnyi tömegű próbatestet helyezünk. A próbatestre ható gravitációs erő és a próbatest tömegének hányadosa a mező adott pontjában állandó, és a mező erősségére jellemző vektormennyiség. Ez a gravitációs térerősség. E = g [ E ] g g = m N kg Ha a gravitációs mezőt a M tömegű test hozza létre, akkor a gravitációs térerősség: m M M E = γ r = γ g m r A gravitációs térerősség egyenesen arányos a gravitációs mezőt létrehozó tömeggel és fordítottan arányos a mezőt létrehozó tömegtől mért távolság négyzetével. Az arányossági tényező a gravitációs állandó. Összefoglalva A gravitációs térerősség vektormennyiség. Nagysága: a gravitációs mezőbe helyezett próbatömegre ható gravitációs erő és a próbatest tömegének a hányadosa. Iránya: a két tömeget összekötő egyenes mentén a mezőt létrehozó tömeg felé mutató vektor. 6

b) Gravitációs potenciál A gravitációs potenciál munkavégzés szempontjából jellemzi a gravitációs mezőt. A gravitációs potenciál ( U g ) olyan a gravitációs mező pontjaira jellemző skalármennyiség, amelyet a gravitációs mező ellenében végzünk, amíg az egységnyi tömegű próbatestet (gyorsítás nélkül) a nulla pontból a tetszőleges P pontba visszük. W J U g = [ U g ] = m kg M tömegű test gravitációs terében a tőle r távolságra lévő pont gravitációs potenciálja: γ M U g = r Ha nullpontként a öld felszínét választjuk, akkor a potenciál nagysága: = g h U g 7

Gravitációval összekapcsolható jelenségek, fogalmak a) Eötvös-féle torziós inga A tömeg mérésére kétféle lehetőség adódik. 1. Egy test gyorsítása során fellépő tehetetlenség mértékét tehetetlen tömeggel szokás jellemezni.. A gravitációs kölcsönhatásban egy testet jellemző tömeget súlyos tömegnek nevezzük. Egy test tehetetlen és súlyos tömege megegyezik. Ezt először Eötvös Loránd bizonyította, az általa készített torziós ingával. A kísérlet azon alapul, hogy a öldön egy testre ható nehézségi erő ( neh ) két olyan erő eredője, amelyek közül az egyik a test súlyos tömegével arányos (gravitációs erő: g ), a másik a test tehetetlen tömegével (centrifugális erő: cf ) neh = m g cf = m r ω neh neh Ebből következik, hogy adott földrajzi helyen a nehézségi erő iránya a súlyos és tehetetlen tömeg arányától függ. Eötvös Loránd egy nagyon érzékeny torziós mérleget készített, melynek rúdjait K-Ny irányba állította. A rúd egyik végére platina súlyt, a másik végére pontosan azonos tömegű, de más anyagi minőségű testet erősített. Ha a két testre a súlyos és a tehetetlen tömeg hányadosa más lenne, akkor a rúdra ható erők elcsavarnák a rudat. Eötvös különböző anyagi minőségű testeket hasonlított össze az etalonként használt platina súllyal, de egyetlen esetben sem tapasztalta a rúd elfordulását. Ezzel bizonyította, hogy a testek tehetetlen és súlyos tömege igen nagy pontossággal megegyezik. Eötvös-féle torziós inga nagyon precíz mérések elvégzésére alkalmas. Így segítségével kimutatható a öld belsejében a sűrűség változása. Ez tette lehetővé, hogy felhasználják pl. kőolajmezők feltérképezésére. 8

b) Súly A gravitációs mezőben a testeket erőhatás éri. Ha ezeket a testeket egy felfüggesztés vagy egy alátámasztás egyensúlyban tartja, akkor ezek a testek is erőhatást fejtenek ki a felfüggesztésükre vagy alátámasztásukra. Az az erő, amely a gravitációs vonzás miatt húzza a felfüggesztést vagy nyomja a vízszintes alátámasztást a test súlya. Jele: G vagy g Tehát a súlyerő mindig az alátámasztásra illetve a felfüggesztésre hat. A nyugalomban lévő test súlya és a testet érő gravitációs erő egyenlő nagyságú, de két különböző erő. A súly, a gravitációs vagy nehézségi erő, testet tartó erő három különböző erő. c) Súlytalanság Egy gravitációs mezőben lévő test akkor van a súlytalansági állapotban, ha nincs alátámasztva vagy felfüggesztve, hiszen akkor nem fejt ki súlyt semmire. Ilyenkor a rendszer elemei a gravitációs mező ellenére sem fejtenek ki egymásra kölcsönös nyomást. Általánosan megfogalmazva: bármely rendszer a súlytalansági állapotba kerülhet, ha a gravitációs mező hatásán kívül semmilyen más külső erőhatás nem éri, és a rendszer haladó mozgást végez. Ezek a feltételek megvalósulnak egy szabadon eső testen, vagy a öldünk mesterséges holdjain, illetve az űrhajókban, ha azok szabadon repülnek, azaz kikapcsolt hajtóművel haladnak. d) Bolygók mozgása A bolygók mozgását Kepler három törvénye írja le. Arra, hogy miért így mozognak Isaac Newton adott magyarázatot. elismerte, hogy a bolygók és a Nap között gravitációs vonzás van, és ennek a vonzóerőnek az iránya a bolygót a Nappal összekötő egyenes irányába esik. Kimutatta, hogy az égitestek közötti gravitációs vonzóerő nagysága a gravitációs erőtörvénnyel számítható ki. 9

e) Első és második kozmikus sebesség Az emberi tudás lehetővé tette, hogy a 0. század ötvenes éveitől kezdve mesterséges égitesteket juttassunk a öld köré, a Nap köré és a Naprendszeren kívülre. A mesterséges égitestek pályája és mozgása attól függ, hogy a öldön milyen magasra juttattuk fel, és ott milyen nagyságú és irányú sebességgel indítottuk el őket. Így elérhető, hogy mesterséges holdként mozogjanak a öld körül, vagy mesterséges bolygóként a Nap körül, vagy csillagközi szondaként elhagyják a Naprendszerünket. Első kozmikus sebesség Az első kozmikus sebesség az a sebesség, amellyel a öld középpontjától r távolságra a öld felszínével párhuzamosan el kell indítani egy testet, hogy öld körüli pályán keringjen. Ez akkor valósul meg, ha a gravitációs erő biztosítja a körpályán maradáshoz szükséges centripetális erőt. = gr cp m M γ r = m v r γ M v = I. kozmikus sebesség vagy körsebesség. r Ha a testnek az érintő irányú sebessége ennél kisebb, akkor a test visszaesik a öldre. Második kozmikus sebesség A második kozmikus sebesség az a sebesség, amellyel, ha érintő irányban elindítják a mesterséges égitestet, akkor az kiszakad a öld vonzásából. A gravitációs erő ellenében végzett munka, ha egy test végtelen távol kerül a öld felszínétől: m M W = γ R 10

Ezt a munkát az indításkor kapott mozgási energia fedezi: 1 E = m v m Így: m v m M = γ R 1 γ M v = II. kozmikus sebesség vagy szökési sebesség. R f) A gravitáció hatása a csillagok kialakulásában A csillagok élete a Világegyetemben kavargó hidrogénnel kezdődik. Ha a véletlenszerű mozgás következtében kialakul egy kb. 16 billió km átmérőjű hidrogénből álló gázfelhő, akkor abban már fellép akkora gravitációs vonzás, hogy nem engedi az atomokat szétrepülni. A gravitációs vonzás következtében a részecskék gyorsulnak a centrum felé. Ez a mozgás idézi elő a csillag hőmérsékletének emelkedését, amely a magreakcióhoz vezet. A magreakció beindulása után a kiáramló energia "felfújná" a csillagot, de a fellépő gravitációs vonzás biztosítja az egyensúlyt. 11

izikatörténeti vonatkozások NEWTON, SIR ISAAC (164-177) Angol fizikus, matematikus, csillagász, filozófus, alkimista Angol fizikus, matematikus. 164-ben született, 177-ben halt meg. Kisbirtokos fia. Apja még születése előtt meghalt. 18 évesen került Cambridge-be. Az egyetemet 1665-ben bezárták pestisjárvány miatt. Newton ekkor szülőfalujában folytatta munkáját. elfedezte a binomiális tételt, a diferenciálszámítást, szakdolgozatát a színekről írta. A járvány elmúltával visszakerült az egyetemre, de már tanárként. A fényről tartott előadásai nyomán készült el az Optika c. művének első kötete. 1671-ven mutatta be a Királyi Társaság tagjainak tükrös távcsövét. Óriási sikert aratott, sőt taggá is választották. 167-ben egy dolgozatot is készített a fényről és a színekről. Ezt általában kedvezően fogadták, csak Hooke mondott róla lesújtó véleményt. Legjelentősebb műve a PRINCIPIA. Ebben írja le három törvényét. Itt fejti ki álláspontját a gravitációs kölcsönhatásról. Nézetét a Holdnak és a Jupiter holdjának mozgásával bizonyította. Ez a könyv nemzetközi hírt szerzett Newtonnak. 1703-tól a Királyi Társaság elnöke volt. 1704-ben jelent meg az Optika átdolgozott kiadása. 1705-ben Anna királynő lovaggá ütötte. 1706-ban megjelent az Optika latin fordítása. CAVENDISH, HENRY (1731-1810) Angol fizikus és vegyész Különféle szakterületeken végzett kísérleteket, többek között felfedezte a levegő összetételét, a hidrogén tulajdonságait, bizonyos anyagok fajhőjét, a víz összetételét és az elektromosság számos tulajdonságát. Egy különleges eljárással amelyet ma Cavendish-kísérletnek nevezünk meghatározta a öld tömegét és sűrűségét. Negyven évesen nagy vagyont örökölt, de továbbra is szegényesen élt, a pénzt könyvekre és fizikai eszközökre költötte. Nagy könyvtárat gyűjtött össze, amelyet később megnyitott tudóstársai előtt. 1

EÖTVÖS LORÁND (1848-1919) Magyar fizikus A költő, regényíró, politikus Eötvös József fia. A tudománytörténet a legjelentősebb fizikusok között tartja számon. Eleinte a kapilláris jelenségekkel foglalkozott: ennek során 1886-ban állította fel a róla elnevezett törvényt, amely a folyadékok felszíni feszültsége és a molekula-térfogat közötti összefüggést fejezi ki. Nevét a öld gravitációs terének vizsgálata tette világhírűvé. Eötvös az inga méréseire támaszkodva 1909-ben igazolta, hogy a gravitációs erő lényegében független a tömeg anyagi minőségétől. 13