Gravitational Force: Fundamental Forces of the Universe

1. FÍSICA Y QUÍMICA3º DE E.S.O. 3rd TERM UNIT 4: FORCES IN NATURE 4_2_GRAVITATIONAL FORCE http://fcis.aisdhaka.org/personal/chendricks/IB/Giancoli/Giancoli%20Chapters.html

2. Bloque 4. El movimiento y las fuerzas. 4.1. Las fuerzas. Efectos de las fuerzas. 4.2. Fuerzas de especial interés: peso, normal, rozamiento, fuerza elástica. 4.3. Principales fuerzas de la naturaleza: gravitatoria, eléctrica y magnética. Criterios de evaluación C.E.4.1. Reconocer el papel de las fuerzas como causa de los cambios en el estado de movimiento y de las deformaciones. Estándares de aprendizaje evaluables E.A.4.1.1. En situaciones de la vida cotidiana, identifica las fuerzas que intervienen y las relaciona con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo. E.A.4.1.2. Establece la relación entre el alargamiento producido en un muelle y las fuerzas que han producido esos alargamientos, describiendo el material a utilizar y el procedimiento a seguir para ello y poder comprobarlo experimentalmente. E.A.4.1.3. Establece la relación entre una fuerza y su correspondiente efecto en la deformación o la alteración del estado de movimiento de un cuerpo. E.A.4.1.4. Describe la utilidad del dinamómetro para medir la fuerza elástica y registra los resultados en tablas y representaciones gráficas expresando el resultado experimental Criterios de evaluación C.E.4.5. Comprender y explicar el papel que juega el rozamiento en la vida cotidiana. Estándares de aprendizaje evaluables E.A.4.5.1.Analiza los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos. Criterios de evaluación C.E.4.6. Considerar la fuerza gravitatoria como la responsable del peso de los cuerpos, de los movimientos orbitales y de los distintos niveles de agrupación en el Universo, y analizar los factores de los que depende. Estándares de aprendizaje evaluables E.A.4.6.1.Relaciona cualitativamente la fuerza de gravedad que existe entre dos cuerpos con las masas de los mismos y la distancia que los separa. E.A.4.6.2. Distingue entre masa y peso calculando el valor de la aceleración de la gravedad a partir de la relación entre ambas magnitudes. E.A.4.6.3. Reconoce que la fuerza de gravedad mantiene a los planetas girando alrededor del Sol, y a la Luna alrededor de nuestro planeta, justificando el motivo por el que esta atracción no lleva a la colisión de los dos cuerpos.

3. 4.2. GRAVITATIONAL FORCES FUNDAMENTAL FORCES OF THE UNIVERSE There are thought to be 4 forces controlling everything in the universe.

5. GRAVITATIONAL FORCE Newton proposed that every object in the universe attracts every other object Tides and planetary orbits are caused by the pull of gravity.

6. GRAVITATIONAL FORCE

7. GRAVITATIONAL FORCE AND MASS M m r F  m F  M

8. GRAVITATIONAL FORCE AND DISTANCE 1 r2 F 

9. GRAVITATIONAL FORCE M m r F  m F  M Proportionality constant: 1 r2 F  “Newton’s Constant” mM r2 mM r2 combine: F  F = G The constant G is also called the universal gravitational constant. In the SI system of units, G has the value 6.67 × 10−11 N m2/kg2

10. GRAVITATIONAL FORCE G = 6.67 × 10−11 N m2/kg2

11. c

12. GRAVITATIONAL FORCE Wrong idea: Sun stands still, Earth revolves around it. Both the Earth and Sun have mass. Both attract each other. Thus the Earth (and other planets) pull on the Sun. Better idea: Sun and Earth mutually rotate around the system’s center-of-gravity

13. GRAVITATIONAL FORCE. PROBLEMS Calculate the force exerted by the earth on the moon. Given mass of earth, Me = 6 x 1024, mass of the moon, m = 7.4 × 1022 kg, the distance of the moon from the earth = 3.84 × 105 km and G = 6.7 × 10-11 Nm2/Kg2. Given : Mass of the earth (Me) = 6 × 1024 kg Mass of the moon (m) = 7.4 × 1022 km Distance (r) = 3.84 × 105 km = 3.84 × 108 m Gravitational constant (G) = 6.7 × 10-11 Nm2/kg2 To calculate : Force (F) = ?

14. GRAVITATIONAL FORCE. PROBLEMS What is the force between two spheres having mass 20 kg each separated by a distance of 50 cm? G = 6.7 × 10-11 Nm2/Kg2. Given : Mass (m1, m2) = 20 kg Distance (r) = 50 cm = 0.50 m Gravitational constant (G) = 6.7 × 10-11 Nm2/kg2 To calculate : Force (F) = ?

15. GRAVITATIONAL FORCE. PROBLEMS What is the force between two spheres having mass 20 kg each separated by a distance of 50 cm? G = 6.7 × 10-11 Nm2/Kg2. Given : Mass (m1, m2) = 20 kg Distance (r) = 50 cm = 0.50 m Gravitational constant (G) = 6.7 × 10-11 Nm2/kg2 To calculate : Force (F) = ?

16. Determine the force of gravitational attraction between the earth 5.98 x 1024 kg and a 70 kg man who is standing at sea level, a distance of 6.38 x 106 m from earth's center. m1 = 5.98 x 1024 kg, m2 = 70 kg, r = 6.38 x 106 m, G = 6.6726 x 10-11Nm2/kg2 The distance between the centers of mass of Earth and an object on its surface is very nearly the same as the radius of Earth, because Earth is so much larger than the object. Substitute the values in the Gravitational Force formula

17. Find the mass of one object if the magnitude of the gravitational force acting on each particle is 2 x 10-8 N, the mass of other object is 25 kg and the objects are 1.2 meters apart. F = 2 x 10-8N, m2 = 25 kg, r = 1.2 m G = 6.6726 x 10-11Nm2/kg2. Isolate m1 in the Gravitational Force formula and substitute in the values m2 = 25 kg F = 2 x 10-8N r = 1.2 m

22. GRAVITATIONAL FORCE