Maçã de newton
Você provavelmente já ouviu essa história antes: um dia Isaac Newton estava sentado sob uma macieira quando uma das maçãs caiu da árvore e o atingiu na cabeça. Esse evento feliz foi o que levou Newton a descobrir a gravidade, e o resto é história!
Não sabemos os eventos exatos que levaram à descoberta da gravidade por Newton ou se ele alguma vez sentou-se sob aquela árvore. O que sabemos é que Newton era realmente um cara inteligente que era capaz de raciocinar POR QUE uma maçã cairia de uma árvore ao chão. Newton entendeu que os objetos se atraem - a terra puxa a maçã para o chão, mas a maçã também puxa para trás na terra.
A parte mais importante sobre isso não é apenas que os objetos se puxam, mas que dois objetos se atraem com uma força que é proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Isso é conhecido como lei da gravitação universal de Newton . O que isso significa é que, para quaisquer dois objetos no universo, a gravidade entre esses dois objetos depende apenas de sua massa e distância.
Também podemos expressar essa relação na forma de equação: F = G * (m 1 * m 2 ) / d ^ 2 , onde F é a força gravitacional, G é a constante gravitacional universal 6,67 x 10 ^ -11 N m ^ 2 / kg ^ 2, m é a massa de cada objeto e d é a distância entre seus centros.
A gravidade fica mais fraca com a distância
A distância entre dois objetos é um componente importante da lei da gravitação universal. Não é apenas a distância que os objetos estão uns dos outros, é o QUADRADO dessa distância. Então, por exemplo, se dois objetos estão a 3 quilômetros um do outro, você não pode simplesmente dividir por 3 para obter a força gravitacional - você tem que dividir por 3 x 3, que é 9.
E se os objetos estiverem a 9 quilômetros de distância um do outro, você terá que dividir por 81. Portanto, mesmo que os objetos estejam apenas 3 vezes mais distantes um do outro, a força será na verdade 9 vezes mais fraca - essa é uma grande diferença!
Esta ideia de uma diminuição exponencial descreve a lei do inverso do quadrado . Como você acabou de ver, aumentar a distância apenas um pouco diminui a força em muito, porque o quadrado da distância é inversamente proporcional à força.
Pode ajudar pensar sobre esse conceito com uma lata de tinta spray e uma parede. A lata de tinta irá borrifar tinta em todas as direções a partir do bico, não apenas em linha reta, certo? Então, digamos que você tenha sua lata de tinta e esteja muito perto da parede - a apenas 1 metro de distância. Quando você pulveriza a parede, sua tinta cobre uma determinada área; vamos chamá-lo de uma unidade.
Se você se afastar da parede a uma distância de 2 metros, a tinta que você pulverizar em direção à parede cobrirá uma área maior, mas com a mesma quantidade de tinta de antes. A área que você cobre não é duas vezes maior - é quatro vezes maior porque sua lata pulveriza tinta em todas as direções - a área tem o dobro de altura e largura de antes. Se você recuar mais uma vez, desta vez para uma distância de 3 metros, a área que sua tinta cobre agora é de 9 unidades porque é AMBOS três vezes mais alta e três vezes mais larga que sua unidade original de área. Lembre-se de que você ainda está pulverizando a mesma quantidade de tinta, mas em uma área maior, então a tinta é 'mais fraca' ao redor.
A gravidade está em toda parte
Você pode ter ouvido que não há gravidade no espaço sideral. Bem, eu odeio ser o único a fazer isso, mas vou acabar com esse mito agora mesmo! A gravidade está EM TODA PARTE! Só que, quando fica fraco o suficiente, pode parecer que não há mais gravidade.
Por exemplo, se você fosse viajar para a lua, você poderia se sentir "sem peso" ao saltar sobre sua superfície. A lua é muito menos massiva do que a Terra, então você não sente exatamente a mesma força de atração que sente em casa. A gravidade ainda afeta você lá fora, mas apenas com cerca de 1/6 da força que a Terra exerce sobre você, e é por isso que parece insignificante. Você está acostumado a ser puxado com bastante força pela terra, então, você se sente muito livre quando a força é muito menor!
Quanto mais longe você viaja da Terra, mais fraca é a atração gravitacional sobre você. Mas não importa o quão longe você vá da Terra, sua gravidade nunca será zero. O espaço é grande o suficiente para que se torne muito pequeno, mas sempre puxará tudo o mais no universo, assim como tudo o mais irá puxá-lo. Na verdade, você está sendo puxado por outros objetos no universo também! Mas, como a Terra está mais próxima e mais massiva do que muitos desses outros objetos, ela supera suas influências gravitacionais. Então, na superfície da Terra você fica.
Resumo da lição
Não sabemos como Newton se sentia em relação às maçãs, mas ele com certeza gostava de física. E é Newton a quem creditamos a lei da gravitação universal . Esta lei estabelece que dois objetos se atraem com uma força que é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.
O que isso significa é que, embora todos os objetos se atraiam com uma certa força, essa força depende da massa dos objetos e da distância entre seus centros.
Como a maioria das leis científicas, também podemos expressar isso na forma de equação: F = G * (m 1 * m 2 ) / d ^ 2 , onde F é a força gravitacional, G é a constante gravitacional universal 6,67 x 10 ^ -11 N m ^ 2 / kg ^ 2, m é a massa dos objetos ed é a distância entre seus centros.
A força gravitacional entre dois objetos diminuirá exponencialmente conforme eles se afastam um do outro. Isso ocorre porque a força é inversamente proporcional ao quadrado da distância, também conhecida como lei do inverso do quadrado . E embora a força da gravidade possa parecer zero no espaço, a gravidade está em toda parte o tempo todo. Enquanto houver objetos no espaço, eles continuarão a se puxar com a força gravitacional - mesmo que você não consiga senti-la!
Resultados de Aprendizagem
Concluir esta lição deve permitir que você:
- Resuma a lei da gravitação universal de Newton
- Identifique a forma de equação da lei da gravitação universal
- Defina a lei do inverso do quadrado e explique seu significado para a equação da força gravitacional