Ang gravitational force ay isa sa apat na pangunahing pwersa sa kalikasan na namamahala sa mga interaksyon sa pagitan ng lahat ng bagay na may masa o enerhiya. Ito ang puwersa na nagpapanatili sa mga planeta sa orbit sa paligid ng araw, sa buwan sa paligid ng mundo, at sa mga bituin sa kalawakan. Ngunit paano nakadepende ang puwersang ito sa distansya sa pagitan ng dalawang bagay? Sa artikulong ito, tutuklasin natin ang sagot sa tanong na ito gamit ang batas ng grabitasyon ni Newton.
Batas ng Gravitasyon ni Newton
Isinasaad ng batas ng grabitasyon ni Newton na ang bawat bagay sa uniberso ay umaakit sa bawat isa. bagay na may puwersa na direktang proporsyonal sa produkto ng kanilang mga masa at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Ang mathematical expression para sa batas na ito ay:
$$F_g=\frac{Gm_1m_2}{r^2}$$
kung saan ang $F_g$ ay ang gravitational force, $m_1$ at ang $m_2$ ay ang mga masa ng dalawang bagay, ang $r$ ay ang distansya sa pagitan ng kanilang mga sentro, at ang $G$ ay ang unibersal na gravitational constant, na may halaga na humigit-kumulang $6.67 \times 10^{-11} Nm^2/kg^2$.
Maaaring gamitin ang formula na ito upang kalkulahin ang gravitational force sa pagitan ng alinmang dalawang bagay, tulad ng lupa at araw, o isang mansanas at lupa. Halimbawa, kung gusto nating hanapin ang gravitational force sa pagitan ng isang mansanas na may mass na 0.1 kg at ang earth na may mass na $5.97 \times 10^{24} kg$, at ipinapalagay namin na ang distansya sa pagitan ng kanilang mga sentro ay katumbas ng radius ng earth, na humigit-kumulang $6.37 \times 10^6 m$, maaari naming isaksak ang mga value na ito sa formula at makuha ang:
$$F_g=\frac{(6.67 \times 10^{-11}) (0.1)(5.97 \times 10^{24})}{(6.37 \times 10^6)^2}$$
$$F_g=0.98 N$$
Nangangahulugan ito na hinihila ng lupa ang mansanas na may puwersang 0.98 newtons, na katumbas ng bigat nito.
The Inverse-Square Law
Isang mahalagang katangian ng batas ng grabitasyon ni Newton ay na ito ay sumusunod sa isang inverse-square na batas, na nangangahulugan na ang gravitational force ay bumababa habang ang parisukat ng distansya ay tumataas. Nangangahulugan ito na kung doblehin natin ang distansya sa pagitan ng dalawang bagay, ang puwersa ng gravitational ay magiging apat na beses na mas mahina; kung triple natin ang distansya, ito ay magiging siyam na beses na mas mahina; at iba pa.
Upang makita kung bakit ito makatuwiran, isipin ang isang puntong pinagmumulan ng liwanag na naglalabas ng mga sinag sa lahat ng direksyon. Ang mga sinag ng liwanag ay bumubuo ng isang spherical na ibabaw sa paligid ng pinagmulan, at habang lumalayo sila dito, kumalat sila sa isang mas malaking lugar. Ang intensity ng liwanag sa anumang punto sa ibabaw na ito ay proporsyonal sa kung gaano karaming liwanag ang dumadaan sa isang unit area na patayo sa mga sinag. Dahil proporsyonal ang area ng isang sphere sa radius squared nito, makikita natin na habang tumataas ang radius, bumababa ang intensity bilang inverse square nito.
Katulad nito, maaari nating isipin ang gravity bilang isang field na nagmumula sa isang point mass sa lahat. mga direksyon. Ang lakas ng gravitational field sa anumang punto sa espasyo ay proporsyonal sa kung gaano karaming puwersa ng gravitational ang kumikilos sa isang unit mass na nakalagay sa puntong iyon. Dahil ang mga linya ng gravitational field ay bumubuo ng isang spherical surface sa paligid ng masa, at habang lumalayo sila mula dito, kumalat sila sa isang mas malaking lugar, makikita natin na habang tumataas ang distansya, bumababa ang lakas ng field habang inverse square nito.
Ang Ipinahihiwatig ng inverse-square law na ang gravity ay humihina habang lumalayo tayo sa isang masa, ngunit hindi ito kailanman nagiging zero. Nangangahulugan ito na kahit na ang mga bagay na napakalayo ay maaari pa ring magkaroon ng ilang impluwensyang gravitational sa isa’t isa, bagama’t ito ay maaaring bale-wala kumpara sa iba pang pwersa.
Konklusyon
Sa artikulong ito, natutunan natin kung paano upang gamitin ang batas ng grabitasyon ni Newton upang kalkulahin ang puwersa ng gravitational sa pagitan ng dalawang bagay, at kung paano nakadepende ang puwersang ito sa kanilang mga masa at kanilang distansya. Nakita rin natin na ang gravity ay sumusunod sa isang inverse-square na batas, na nangangahulugang mabilis itong bumababa habang tinataasan natin ang distansya sa pagitan ng dalawang bagay.
