Ускорение свободного падения
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Ускоре́ние свобо́дного паде́ния g (обычно произносится как «Жэ» или «Жи»), — ускорение, сообщаемое телу под действием притяжения планеты или другого астрономического тела в безвоздушном пространстве — вакууме. Его значение для Земли обычно принимают равным 9,8 или 10 м/с². Стандартное ("нормальное") значение, принятое при построении систем единиц, g = 9,80665 м/с², а в технических расчетах обычно принимают g = 9,81 м/с².
| Луна | 1,62 | Сатурн | 9,74 |
| Меркурий | 3,68 — 3,74 | Земля | 9,81 |
| Марс | 3,86 | Нептун | 11,0 |
| Уран | 7,51 | Юпитер | 23,95 |
| Венера | 8,88 | Солнце | 273,1 |
Значение g было определено как «среднее» в каком-то смысле ускорение свободного падения на Земле, примерно равно ускорению свободного падения на широте 45,5° на уровне моря.
Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты и варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах[1]. Оно может быть вычислено по эмпирической формуле:
![g=9{,}780327\left[1+0{,}0053024\,\sin^2(\phi) - 0{,}0000058\,\sin^2(2\phi)\right] - 3,086\cdot 10^{-6}\,h](http://upload.wikimedia.org/math/6/5/8/658a780a8a3581d0f61972536d368ba5.png)
,
где φ — широта рассматриваемого места, h — высота над уровнем моря.[2]
Содержание |
[править] Вычисление ускорения свободного падения
| h, км | g, м/с2 | h, км | g, м/с2 |
|---|---|---|---|
| 0 | 9.8066 | 20 | 9.7452 |
| 1 | 9.8036 | 50 | 9.6542 |
| 2 | 9.8005 | 80 | 9.5644 |
| 3 | 9.7974 | 100 | 9.505 |
| 4 | 9.7943 | 120 | 9.447 |
| 5 | 9.7912 | 500 | 8.45 |
| 6 | 9.7882 | 1000 | 7.36 |
| 8 | 9.7820 | 10 000 | 1.50 |
| 10 | 9.7759 | 50 000 | 0.125 |
| 15 | 9.7605 | 400 000 | 0.0025 |
Ускорение свободного падения состоит из двух слагаемых: гравитационного ускорения и центростремительного ускорения.
Значение гравитационного ускорения на поверхности планеты можно приблизительно подсчитать, представив планету точечной массой M, и вычислив гравитационное ускорение на расстоянии её радиуса R:
,
где G — гравитационная постоянная (6,6742×10-11 м3с-2кг-1).
Если применить эту формулу для вычисления гравитационного ускорения на поверхности Земли, мы получим
м/с²
Полученное значение приблизительно совпадает с ускорением свободного падения. Отличия обусловлены:
- центростремительным ускорением в системе отсчёта, связанной с вращающейся Землёй;
- неточностью формулы из-за того, что масса планеты распределена по объёму, который, кроме того, имеет нешарообразную форму(см. геоид);
- неоднородностью Земли, что используется для поиска полезных ископаемых по гравитационным аномалиям;
| Город | Географические координаты (по Гринвичу) | Высота над уровнем моря, м | Ускорение свободного падения, м/с2 | |
|---|---|---|---|---|
| Долгота | Широта | |||
| Берлин | 13,40 в.д. | 52,50 с.ш. | 40 | 9,81280 |
| Будапешт | 19,06 в.д. | 47,48 с.ш. | 108 | 9,80852 |
| Вашингтон | 77,01 з.д. | 38,89 с.ш. | 14 | 9,80112 |
| Вена | 16,36 в.д. | 48,21 с.ш. | 183 | 9,80860 |
| Гринвич | 0,0 в.д. | 51,48 с.ш. | 48 | 9,81188 |
| Каир | 31,28 в.д. | 30,07 с.ш. | 30 | 9,79317 |
| Мадрид | 3,69 в.д. | 40,41 с.ш. | 655 | 9,79981 |
| Москва | 37,61 в.д. | 55,75 с.ш. | 151 | 9,8154 |
| Нью-Йорк | 73,96 з.д. | 40,81 с.ш. | 38 | 9,80247 |
| Одесса | 30,73 в.д. | 46,47 с.ш. | 54 | 9.80735 |
| Осло | 10,72 в.д. | 59,91 с.ш. | 28 | 9,81927 |
| Париж | 2,34 в.д. | 48,84 с.ш. | 61 | 9,80943 |
| Прага | 14,39 в.д. | 50,09 с.ш. | 297 | 9,81014 |
| Рим | 12,99 в.д. | 41,54 с.ш. | 37 | 9,80312 |
| Стокгольм | 18,06 в.д. | 59,34 с.ш. | 45 | 9,81843 |
| Токио | 139,80 в.д. | 35,71 с.ш. | 18 | 9,79801 |
Исторически масса Земли была впервые определена Генри Кавендишем, исходя из известного ускорения свободного падения и радиуса Земли, и впервые измеренной им гравитационной постоянной.
[править] Перегрузки
Термин жэ используется в космонавтике и авиации для обозначения перегрузок — увеличения веса тела, вызванного его ускоренным движением. Допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 4,33 жи. Обычный человек может выдерживать перегрузки до 5 g. Тренированные пилоты в антиперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки до 9 g. Сопротивляемость к отрицательным, направленным вверх перегрузкам, значительно ниже. Обычно при 2-3 g в глазах «краснеет» и человек теряет сознание из-за прилива крови к голове.
В этом вопросе существует небольшая терминологическая путаница: к примеру, определение перегрузки выше даёт для стоящего неподвижно человека перегрузку в 0g, но в таблице ниже этот же случай рассматривается как перегрузка в 1g. Похожий казус происходит при измерении давления: мы говорим - давление 0, подразумевая давление в одну атмосферу вокруг нас, учёный скажет - давление 0, подразумевая полное отсутствие молекул в данном объёме.
| Человек, стоящий неподвижно | 1 g |
| Пассажир в самолете при взлете | 1,5 g |
| Парашютист при приземлении со скоростью 6 м/с | 1,8 g |
| Парашютист при раскрытии парашюта (при изменении скорости от 60 до 5 м/с) | 5,0 g |
| Космонавты при спуске в космическом корабле «Союз» | до 3,0—4,0 g |
| Летчик при выполнении фигур высшего пилотажа | до 5 g |
| Летчик при выведении самолета из пикирования | 8,0—9 g |
| Перегрузка (длительная), соответствующая пределу физиологических возможностей человека | 8,0—10,0 g |
| Наибольшая (кратковременная) перегрузка автомобиля, при которой человеку удалось выжить[3] | 179,8 g |
[править] Примечания
- ↑ «Свободное падение тел. Ускорение свободного падения»
- ↑ g-Extractor на сайте Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB).
- ↑ Авария в предквалификации Гран-при Великобритании
[править] Литература
- А. С. Енохович Краткий справочник по физике. — М.: «Высшая школа», 1976. — 288 с.
