Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Zadatak 101 (Ivan gimnazija) Koliki moraju biti polumjer kružne staze umjetnog Zemljina satelita i njegova brzina da
njegov period bude jednak periodu okretanja Zemlje tj da se sa Zemlje čini nepomičnim
(masa Zemlje m = 6 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2)
Rješenje 101 TS = TZ = T = 24 middot 60 middot 60 = 86400 s m = 6 middot 1024 kg G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2
mS masa satelita r = v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Pri gibanju tijela po kružnici brzina v stalno se mijenja Ona ostaje jednaka veličinom ali joj se
neprestano mijenja smjer Linearna ili obodna brzina v računa se po formuli
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda tj vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije između satelita mase mS i Zemlje mase m na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2
2 2
42 22
m m m mr rS r T
mS
SF F m G m Gcp g S ST r T r
π π
π
sdotsdot sdotsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot
sdot
sdot
sdot
sdot = rArr
32 2 23 3 3
2 2 24
4 4
m T m T m Tr G r G r G
π π π
sdot sdot sdotrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot =
sdot sdot sdot
( )2242
6 10 86 40011 73 667 10 423 10 2 2
4
kg sN mm
kg π
sdot sdotsdotminus= sdot sdot = sdot
sdot
Brzina satelita da njegov period bude jednak periodu okretanja Zemlje iznosi
72 2 423 10
307614 86 400
r m mv
T s s
π πsdot sdot sdot sdot sdot= = =
Vježba 101 Koliki mora biti polumjer kružne staze umjetnog Zemljina satelita da njegov period bude
jednak periodu okretanja Zemlje tj da se sa Zemlje čini nepomičnim
(masa Zemlje m = 6 middot 1021
t gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2)
Rezultat 423 107 m
Zadatak 102 (Ana gimnazija) Kolikom silom Mars privlači kamen mase 1 kg koji se nalazina na njegovoj površini Masa
Marsa je 65 1023
kg a polumjer 3400 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2)
2
Rješenje 102 m = 1 kg mM = 65 middot 10
23 kg r = 3400 km = 34 10
6 m
G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 F =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Na površini Marsa privlačna sila između tijela mase m i Marsa mase mM iznosi
( )
2 231 65 1011
667 10 375 2 2 2
634 10
m m N m kg kgMF G N
r kgm
sdot sdot sdot sdotminus= sdot = sdot sdot =
sdot
Vježba 102 Kolikom silom Mars privlači kamen mase 100 dag koji se nalazina na njegovoj površini
Masa Marsa je 65 1021
t a polumjer 3400 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2)
Rezultat 375 N
Zadatak 103 (Ana gimnazija) Masa Marsa je 65 10
23 kg a polumjer 3400 km Kolika je akceleracija slobodnoga pada na
površini Marsa (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2)
Rješenje 103 mM = 65 1023 kg r = 3400 km = 34 middot 106 m G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Gravitacijska sila privlačenja tijela i Marsa djeluje prema trećem Newtonovu zakonu na tijelo i Mars
jednako samo u suprotnim smjerovima Sila teža na Marsu je naziv za gravitacijsku silu kojom Mars privlači sva tijela u blizini svoje površine Za privlačenje nekog tijela mase m i Marsa mase mM
možemo napisati
2 2 2
m m m m m
M M MG F m g G m g G m g G
r r r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdot =
3
( )
2 2365 1011
667 10 375 2 2 2
634 10
N m kg m
kg sm
sdot sdotminus= sdot sdot =
sdot
Vježba 103 Masa Marsa je 65 10
20 t a polumjer 3400 km Kolika je akceleracija slobodnoga pada na
površini Marsa (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 375 ms2
Zadatak 104 (Ivana gimnazija)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita
B masi Zemlje
C udaljenosti satelita od površine Zemlje
D gravitacijskoj konstanti
Rješenje 104 m ndash masa satelita M ndash masa Zemlje r ndash udaljenost satelita od površine Zemlje
G ndash gravitacijska konstanta
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Neka je m masa satelita a M masa Zemlje Budući da ulogu centripetalne sile ima sila gravitacije
vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje a ne o
njegovoj masi Odgovor je pod A
mr
Vježba 104 Brzina satelita u orbiti oko Zemlje ovisna je o
A masi satelita
B težini satelita
C udaljenosti satelita od površine Zemlje
D veličini satelita
Rezultat C
4
Zadatak 105 (Josipa medicinska škola)
Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Zemlje oko Sunca (vz) i brzine kruženja Mjeseca oko Zemlje (vm)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vz m z m z m z m= = = =
Rješenje 105
rzs = 390 middot rmz 1
13
T godm = Tz = 1 god vz vm =
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (ophodno vrijeme vrijeme jednog okreta)
Brzina kruženja
bull Zemlje oko Sunca dana je formulom
2v
rzsz
Tz
πsdot sdot=
bull Mjeseca oko Zemlje dana je formulom
2v
rmzm
Tm
πsdot sdot=
Gledamo omjer brzina
2 1390
v v v v v 132v v v2 v v 1
2r r rzs zs zsr godmzr TT T T zs mz z z z z z z z
r r r r T r godmz mz mz zm m m m mz m mzT T Tm m m
π π
ππ
sdot sdot sdotsdot sdot
sdot= rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdotsdotsdot
sdot
sdot sdot
1390
v v v390 3013 v v 30 1v 1 v 13 v 1
z zr godmz
r god
zz
mm mzm
m
sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr =sdot
Odgovor je pod D
rmzrzs
Vježba 105 Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Mjeseca oko Zemlje (vm) i brzine kruženja Zemlje oko Sunca (vz)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vm z m z m z m z= = = =
Rezultat C
5
Zadatak 106 (Iva srednja škola)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita B masi Zemlje
tanC udaljenosti satelita od površine Zemlje D gravitacijskoj kons ti
Rješenje 106
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Budući da satelit mase m kruži oko Zemlje mase M na udaljenosti r ulogu centripetalne sile Fcp ima
gravitacijska Fg pa vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje masi
Zemlje i gravitacijskoj konstanti a ne o njegovoj masi
Odgovor je pod A
Vježba 106
Newtonov zakon gravitacije vrijedi
A za tijela velikih masa B za tijela malih masa
C za dvije mase na bilo kojoj udaljenosti D za dvije mase na velikoj udaljenosti
Rezultat C
Zadatak 107 (Luka tehnička škola)
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca 30 kms
a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rješenje 107
v = 30 kms = 3 middot 104 ms r = 15 108 km = 15 middot 1011 m G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2
mS =
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna brzina tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
6
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Sila gravitacije je uzrok kružnoga gibanja Zemlje oko Sunca Sila gravitacije Fg između Zemlje mase
m i Sunca mase mS na udaljenosti r mora biti jednaka centripetalnoj sili Fcp na Zemlju na udaljenosti r
od središta vrtnje
2
2
2 2
2
m m m mv vS SF F G m G mg cmrr G
prr
rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
24 11
3 10 15 10230
202 10 2
11667 10
2
mm
v r sm kg
S G N m
kg
sdot sdot sdotsdot
rArr = = = sdot
sdotminussdot
vvvv
rrrrmmmmmmmmSSSS
Vježba 107
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca
1800 kmmin a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta
G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 202 middot 1030
kg
Zadatak 108 (Tina gimnazija)
Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 60
ubrzanja g0 uz površinu
Rješenje 108
R = 6371 km = 6371 middot 106 m g0 g = 60 middot g0 = 060 middot g0 h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili Ako je m masa tijela g0 ubrzanje sile teže na površini Zemlje M masa Zemlje R
srednji polumjer Zemlje g ubrzanje sile teže na visini h od površine Zemlje tada je
7
bull na površini Zemlje
0 2
m Mm g G
R
sdotsdot = sdot
bull na visini h
( )
2
m Mm g G
R h
sdotsdot = sdot
+
Iz ovih dviju relacija dobivamo
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
0 2 2 20 0
2 2 2
m M m Mm g G Gm g gR R R
m M m Mm g gm g G G
R h R h
m
R h
MG
m
m MmG
sdot sdotsdot = sdot sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArrsdot sdotsdot sdot
sdot = sdot sdot sdot
+ + +
sdot
sdot
( )
( )1
2 2 220 0 0 0
21
2
g g g gR h R h R hR
g g g R R gR
R h
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+
20 0 0 0
g g g gR h R h R hR hR R
R g R g R g g
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdot rArrsdot
0 0 01 1 1060 0
0
60 0
0
g g gh R R h R h
g gg
gR h R
grArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr
sdot sdot
1 1 161 1 6371 10 1 185392563
060 060 060h R h R m mrArr = sdot minus rArr = sdot minus = sdot sdot minus = =
185392563 1854 km km= asymp
mmmmmmmmMMMMMMMM
gggg0000 gggg
hhhh
Vježba 108 Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 80
ubrzanja g0 uz površinu
Rezultat 752 km
Zadatak 109 (Neven tehnička škola)
Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Mjeseca je
oko 81 put manja od mase Zemlje a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 km
Rješenje 109
M ndash masa Zemlje m ndash masa Mjeseca M = 81 middot m d = 384 000 km = 384 middot 108 m
x =
Prostor oko masivnog tijela mase m u kojem se osjeća gravitacijsko djelovanje tog tijela nazivamo
gravitacijsko polje Jakost gravitacijskog polja γ u nekoj točki polja na udaljenosti r od tijela dana je
izrazom
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
2
Rješenje 102 m = 1 kg mM = 65 middot 10
23 kg r = 3400 km = 34 10
6 m
G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 F =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Na površini Marsa privlačna sila između tijela mase m i Marsa mase mM iznosi
( )
2 231 65 1011
667 10 375 2 2 2
634 10
m m N m kg kgMF G N
r kgm
sdot sdot sdot sdotminus= sdot = sdot sdot =
sdot
Vježba 102 Kolikom silom Mars privlači kamen mase 100 dag koji se nalazina na njegovoj površini
Masa Marsa je 65 1021
t a polumjer 3400 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2)
Rezultat 375 N
Zadatak 103 (Ana gimnazija) Masa Marsa je 65 10
23 kg a polumjer 3400 km Kolika je akceleracija slobodnoga pada na
površini Marsa (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2)
Rješenje 103 mM = 65 1023 kg r = 3400 km = 34 middot 106 m G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Gravitacijska sila privlačenja tijela i Marsa djeluje prema trećem Newtonovu zakonu na tijelo i Mars
jednako samo u suprotnim smjerovima Sila teža na Marsu je naziv za gravitacijsku silu kojom Mars privlači sva tijela u blizini svoje površine Za privlačenje nekog tijela mase m i Marsa mase mM
možemo napisati
2 2 2
m m m m m
M M MG F m g G m g G m g G
r r r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdot =
3
( )
2 2365 1011
667 10 375 2 2 2
634 10
N m kg m
kg sm
sdot sdotminus= sdot sdot =
sdot
Vježba 103 Masa Marsa je 65 10
20 t a polumjer 3400 km Kolika je akceleracija slobodnoga pada na
površini Marsa (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 375 ms2
Zadatak 104 (Ivana gimnazija)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita
B masi Zemlje
C udaljenosti satelita od površine Zemlje
D gravitacijskoj konstanti
Rješenje 104 m ndash masa satelita M ndash masa Zemlje r ndash udaljenost satelita od površine Zemlje
G ndash gravitacijska konstanta
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Neka je m masa satelita a M masa Zemlje Budući da ulogu centripetalne sile ima sila gravitacije
vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje a ne o
njegovoj masi Odgovor je pod A
mr
Vježba 104 Brzina satelita u orbiti oko Zemlje ovisna je o
A masi satelita
B težini satelita
C udaljenosti satelita od površine Zemlje
D veličini satelita
Rezultat C
4
Zadatak 105 (Josipa medicinska škola)
Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Zemlje oko Sunca (vz) i brzine kruženja Mjeseca oko Zemlje (vm)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vz m z m z m z m= = = =
Rješenje 105
rzs = 390 middot rmz 1
13
T godm = Tz = 1 god vz vm =
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (ophodno vrijeme vrijeme jednog okreta)
Brzina kruženja
bull Zemlje oko Sunca dana je formulom
2v
rzsz
Tz
πsdot sdot=
bull Mjeseca oko Zemlje dana je formulom
2v
rmzm
Tm
πsdot sdot=
Gledamo omjer brzina
2 1390
v v v v v 132v v v2 v v 1
2r r rzs zs zsr godmzr TT T T zs mz z z z z z z z
r r r r T r godmz mz mz zm m m m mz m mzT T Tm m m
π π
ππ
sdot sdot sdotsdot sdot
sdot= rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdotsdotsdot
sdot
sdot sdot
1390
v v v390 3013 v v 30 1v 1 v 13 v 1
z zr godmz
r god
zz
mm mzm
m
sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr =sdot
Odgovor je pod D
rmzrzs
Vježba 105 Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Mjeseca oko Zemlje (vm) i brzine kruženja Zemlje oko Sunca (vz)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vm z m z m z m z= = = =
Rezultat C
5
Zadatak 106 (Iva srednja škola)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita B masi Zemlje
tanC udaljenosti satelita od površine Zemlje D gravitacijskoj kons ti
Rješenje 106
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Budući da satelit mase m kruži oko Zemlje mase M na udaljenosti r ulogu centripetalne sile Fcp ima
gravitacijska Fg pa vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje masi
Zemlje i gravitacijskoj konstanti a ne o njegovoj masi
Odgovor je pod A
Vježba 106
Newtonov zakon gravitacije vrijedi
A za tijela velikih masa B za tijela malih masa
C za dvije mase na bilo kojoj udaljenosti D za dvije mase na velikoj udaljenosti
Rezultat C
Zadatak 107 (Luka tehnička škola)
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca 30 kms
a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rješenje 107
v = 30 kms = 3 middot 104 ms r = 15 108 km = 15 middot 1011 m G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2
mS =
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna brzina tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
6
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Sila gravitacije je uzrok kružnoga gibanja Zemlje oko Sunca Sila gravitacije Fg između Zemlje mase
m i Sunca mase mS na udaljenosti r mora biti jednaka centripetalnoj sili Fcp na Zemlju na udaljenosti r
od središta vrtnje
2
2
2 2
2
m m m mv vS SF F G m G mg cmrr G
prr
rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
24 11
3 10 15 10230
202 10 2
11667 10
2
mm
v r sm kg
S G N m
kg
sdot sdot sdotsdot
rArr = = = sdot
sdotminussdot
vvvv
rrrrmmmmmmmmSSSS
Vježba 107
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca
1800 kmmin a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta
G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 202 middot 1030
kg
Zadatak 108 (Tina gimnazija)
Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 60
ubrzanja g0 uz površinu
Rješenje 108
R = 6371 km = 6371 middot 106 m g0 g = 60 middot g0 = 060 middot g0 h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili Ako je m masa tijela g0 ubrzanje sile teže na površini Zemlje M masa Zemlje R
srednji polumjer Zemlje g ubrzanje sile teže na visini h od površine Zemlje tada je
7
bull na površini Zemlje
0 2
m Mm g G
R
sdotsdot = sdot
bull na visini h
( )
2
m Mm g G
R h
sdotsdot = sdot
+
Iz ovih dviju relacija dobivamo
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
0 2 2 20 0
2 2 2
m M m Mm g G Gm g gR R R
m M m Mm g gm g G G
R h R h
m
R h
MG
m
m MmG
sdot sdotsdot = sdot sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArrsdot sdotsdot sdot
sdot = sdot sdot sdot
+ + +
sdot
sdot
( )
( )1
2 2 220 0 0 0
21
2
g g g gR h R h R hR
g g g R R gR
R h
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+
20 0 0 0
g g g gR h R h R hR hR R
R g R g R g g
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdot rArrsdot
0 0 01 1 1060 0
0
60 0
0
g g gh R R h R h
g gg
gR h R
grArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr
sdot sdot
1 1 161 1 6371 10 1 185392563
060 060 060h R h R m mrArr = sdot minus rArr = sdot minus = sdot sdot minus = =
185392563 1854 km km= asymp
mmmmmmmmMMMMMMMM
gggg0000 gggg
hhhh
Vježba 108 Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 80
ubrzanja g0 uz površinu
Rezultat 752 km
Zadatak 109 (Neven tehnička škola)
Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Mjeseca je
oko 81 put manja od mase Zemlje a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 km
Rješenje 109
M ndash masa Zemlje m ndash masa Mjeseca M = 81 middot m d = 384 000 km = 384 middot 108 m
x =
Prostor oko masivnog tijela mase m u kojem se osjeća gravitacijsko djelovanje tog tijela nazivamo
gravitacijsko polje Jakost gravitacijskog polja γ u nekoj točki polja na udaljenosti r od tijela dana je
izrazom
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
3
( )
2 2365 1011
667 10 375 2 2 2
634 10
N m kg m
kg sm
sdot sdotminus= sdot sdot =
sdot
Vježba 103 Masa Marsa je 65 10
20 t a polumjer 3400 km Kolika je akceleracija slobodnoga pada na
površini Marsa (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 375 ms2
Zadatak 104 (Ivana gimnazija)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita
B masi Zemlje
C udaljenosti satelita od površine Zemlje
D gravitacijskoj konstanti
Rješenje 104 m ndash masa satelita M ndash masa Zemlje r ndash udaljenost satelita od površine Zemlje
G ndash gravitacijska konstanta
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Neka je m masa satelita a M masa Zemlje Budući da ulogu centripetalne sile ima sila gravitacije
vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje a ne o
njegovoj masi Odgovor je pod A
mr
Vježba 104 Brzina satelita u orbiti oko Zemlje ovisna je o
A masi satelita
B težini satelita
C udaljenosti satelita od površine Zemlje
D veličini satelita
Rezultat C
4
Zadatak 105 (Josipa medicinska škola)
Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Zemlje oko Sunca (vz) i brzine kruženja Mjeseca oko Zemlje (vm)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vz m z m z m z m= = = =
Rješenje 105
rzs = 390 middot rmz 1
13
T godm = Tz = 1 god vz vm =
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (ophodno vrijeme vrijeme jednog okreta)
Brzina kruženja
bull Zemlje oko Sunca dana je formulom
2v
rzsz
Tz
πsdot sdot=
bull Mjeseca oko Zemlje dana je formulom
2v
rmzm
Tm
πsdot sdot=
Gledamo omjer brzina
2 1390
v v v v v 132v v v2 v v 1
2r r rzs zs zsr godmzr TT T T zs mz z z z z z z z
r r r r T r godmz mz mz zm m m m mz m mzT T Tm m m
π π
ππ
sdot sdot sdotsdot sdot
sdot= rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdotsdotsdot
sdot
sdot sdot
1390
v v v390 3013 v v 30 1v 1 v 13 v 1
z zr godmz
r god
zz
mm mzm
m
sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr =sdot
Odgovor je pod D
rmzrzs
Vježba 105 Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Mjeseca oko Zemlje (vm) i brzine kruženja Zemlje oko Sunca (vz)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vm z m z m z m z= = = =
Rezultat C
5
Zadatak 106 (Iva srednja škola)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita B masi Zemlje
tanC udaljenosti satelita od površine Zemlje D gravitacijskoj kons ti
Rješenje 106
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Budući da satelit mase m kruži oko Zemlje mase M na udaljenosti r ulogu centripetalne sile Fcp ima
gravitacijska Fg pa vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje masi
Zemlje i gravitacijskoj konstanti a ne o njegovoj masi
Odgovor je pod A
Vježba 106
Newtonov zakon gravitacije vrijedi
A za tijela velikih masa B za tijela malih masa
C za dvije mase na bilo kojoj udaljenosti D za dvije mase na velikoj udaljenosti
Rezultat C
Zadatak 107 (Luka tehnička škola)
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca 30 kms
a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rješenje 107
v = 30 kms = 3 middot 104 ms r = 15 108 km = 15 middot 1011 m G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2
mS =
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna brzina tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
6
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Sila gravitacije je uzrok kružnoga gibanja Zemlje oko Sunca Sila gravitacije Fg između Zemlje mase
m i Sunca mase mS na udaljenosti r mora biti jednaka centripetalnoj sili Fcp na Zemlju na udaljenosti r
od središta vrtnje
2
2
2 2
2
m m m mv vS SF F G m G mg cmrr G
prr
rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
24 11
3 10 15 10230
202 10 2
11667 10
2
mm
v r sm kg
S G N m
kg
sdot sdot sdotsdot
rArr = = = sdot
sdotminussdot
vvvv
rrrrmmmmmmmmSSSS
Vježba 107
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca
1800 kmmin a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta
G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 202 middot 1030
kg
Zadatak 108 (Tina gimnazija)
Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 60
ubrzanja g0 uz površinu
Rješenje 108
R = 6371 km = 6371 middot 106 m g0 g = 60 middot g0 = 060 middot g0 h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili Ako je m masa tijela g0 ubrzanje sile teže na površini Zemlje M masa Zemlje R
srednji polumjer Zemlje g ubrzanje sile teže na visini h od površine Zemlje tada je
7
bull na površini Zemlje
0 2
m Mm g G
R
sdotsdot = sdot
bull na visini h
( )
2
m Mm g G
R h
sdotsdot = sdot
+
Iz ovih dviju relacija dobivamo
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
0 2 2 20 0
2 2 2
m M m Mm g G Gm g gR R R
m M m Mm g gm g G G
R h R h
m
R h
MG
m
m MmG
sdot sdotsdot = sdot sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArrsdot sdotsdot sdot
sdot = sdot sdot sdot
+ + +
sdot
sdot
( )
( )1
2 2 220 0 0 0
21
2
g g g gR h R h R hR
g g g R R gR
R h
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+
20 0 0 0
g g g gR h R h R hR hR R
R g R g R g g
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdot rArrsdot
0 0 01 1 1060 0
0
60 0
0
g g gh R R h R h
g gg
gR h R
grArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr
sdot sdot
1 1 161 1 6371 10 1 185392563
060 060 060h R h R m mrArr = sdot minus rArr = sdot minus = sdot sdot minus = =
185392563 1854 km km= asymp
mmmmmmmmMMMMMMMM
gggg0000 gggg
hhhh
Vježba 108 Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 80
ubrzanja g0 uz površinu
Rezultat 752 km
Zadatak 109 (Neven tehnička škola)
Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Mjeseca je
oko 81 put manja od mase Zemlje a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 km
Rješenje 109
M ndash masa Zemlje m ndash masa Mjeseca M = 81 middot m d = 384 000 km = 384 middot 108 m
x =
Prostor oko masivnog tijela mase m u kojem se osjeća gravitacijsko djelovanje tog tijela nazivamo
gravitacijsko polje Jakost gravitacijskog polja γ u nekoj točki polja na udaljenosti r od tijela dana je
izrazom
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
4
Zadatak 105 (Josipa medicinska škola)
Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Zemlje oko Sunca (vz) i brzine kruženja Mjeseca oko Zemlje (vm)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vz m z m z m z m= = = =
Rješenje 105
rzs = 390 middot rmz 1
13
T godm = Tz = 1 god vz vm =
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (ophodno vrijeme vrijeme jednog okreta)
Brzina kruženja
bull Zemlje oko Sunca dana je formulom
2v
rzsz
Tz
πsdot sdot=
bull Mjeseca oko Zemlje dana je formulom
2v
rmzm
Tm
πsdot sdot=
Gledamo omjer brzina
2 1390
v v v v v 132v v v2 v v 1
2r r rzs zs zsr godmzr TT T T zs mz z z z z z z z
r r r r T r godmz mz mz zm m m m mz m mzT T Tm m m
π π
ππ
sdot sdot sdotsdot sdot
sdot= rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdotsdotsdot
sdot
sdot sdot
1390
v v v390 3013 v v 30 1v 1 v 13 v 1
z zr godmz
r god
zz
mm mzm
m
sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr =sdot
Odgovor je pod D
rmzrzs
Vježba 105 Polumjer Zemljine putanje oko Sunca je 390 puta veći od polumjera Mjesečeve putanje oko
Zemlje Mjesec obiđe Zemlju približno 13 puta u godini dana Koliki je omjer brzine kruženja
Mjeseca oko Zemlje (vm) i brzine kruženja Zemlje oko Sunca (vz)
1 13 13 1 1 30 30 1A v v B v v C v v D v vm z m z m z m z= = = =
Rezultat C
5
Zadatak 106 (Iva srednja škola)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita B masi Zemlje
tanC udaljenosti satelita od površine Zemlje D gravitacijskoj kons ti
Rješenje 106
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Budući da satelit mase m kruži oko Zemlje mase M na udaljenosti r ulogu centripetalne sile Fcp ima
gravitacijska Fg pa vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje masi
Zemlje i gravitacijskoj konstanti a ne o njegovoj masi
Odgovor je pod A
Vježba 106
Newtonov zakon gravitacije vrijedi
A za tijela velikih masa B za tijela malih masa
C za dvije mase na bilo kojoj udaljenosti D za dvije mase na velikoj udaljenosti
Rezultat C
Zadatak 107 (Luka tehnička škola)
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca 30 kms
a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rješenje 107
v = 30 kms = 3 middot 104 ms r = 15 108 km = 15 middot 1011 m G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2
mS =
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna brzina tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
6
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Sila gravitacije je uzrok kružnoga gibanja Zemlje oko Sunca Sila gravitacije Fg između Zemlje mase
m i Sunca mase mS na udaljenosti r mora biti jednaka centripetalnoj sili Fcp na Zemlju na udaljenosti r
od središta vrtnje
2
2
2 2
2
m m m mv vS SF F G m G mg cmrr G
prr
rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
24 11
3 10 15 10230
202 10 2
11667 10
2
mm
v r sm kg
S G N m
kg
sdot sdot sdotsdot
rArr = = = sdot
sdotminussdot
vvvv
rrrrmmmmmmmmSSSS
Vježba 107
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca
1800 kmmin a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta
G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 202 middot 1030
kg
Zadatak 108 (Tina gimnazija)
Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 60
ubrzanja g0 uz površinu
Rješenje 108
R = 6371 km = 6371 middot 106 m g0 g = 60 middot g0 = 060 middot g0 h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili Ako je m masa tijela g0 ubrzanje sile teže na površini Zemlje M masa Zemlje R
srednji polumjer Zemlje g ubrzanje sile teže na visini h od površine Zemlje tada je
7
bull na površini Zemlje
0 2
m Mm g G
R
sdotsdot = sdot
bull na visini h
( )
2
m Mm g G
R h
sdotsdot = sdot
+
Iz ovih dviju relacija dobivamo
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
0 2 2 20 0
2 2 2
m M m Mm g G Gm g gR R R
m M m Mm g gm g G G
R h R h
m
R h
MG
m
m MmG
sdot sdotsdot = sdot sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArrsdot sdotsdot sdot
sdot = sdot sdot sdot
+ + +
sdot
sdot
( )
( )1
2 2 220 0 0 0
21
2
g g g gR h R h R hR
g g g R R gR
R h
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+
20 0 0 0
g g g gR h R h R hR hR R
R g R g R g g
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdot rArrsdot
0 0 01 1 1060 0
0
60 0
0
g g gh R R h R h
g gg
gR h R
grArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr
sdot sdot
1 1 161 1 6371 10 1 185392563
060 060 060h R h R m mrArr = sdot minus rArr = sdot minus = sdot sdot minus = =
185392563 1854 km km= asymp
mmmmmmmmMMMMMMMM
gggg0000 gggg
hhhh
Vježba 108 Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 80
ubrzanja g0 uz površinu
Rezultat 752 km
Zadatak 109 (Neven tehnička škola)
Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Mjeseca je
oko 81 put manja od mase Zemlje a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 km
Rješenje 109
M ndash masa Zemlje m ndash masa Mjeseca M = 81 middot m d = 384 000 km = 384 middot 108 m
x =
Prostor oko masivnog tijela mase m u kojem se osjeća gravitacijsko djelovanje tog tijela nazivamo
gravitacijsko polje Jakost gravitacijskog polja γ u nekoj točki polja na udaljenosti r od tijela dana je
izrazom
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
5
Zadatak 106 (Iva srednja škola)
Brzina satelita u orbiti oko Zemlje neovisna je o
A masi satelita B masi Zemlje
tanC udaljenosti satelita od površine Zemlje D gravitacijskoj kons ti
Rješenje 106
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo gibalo po kružnici potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Budući da satelit mase m kruži oko Zemlje mase M na udaljenosti r ulogu centripetalne sile Fcp ima
gravitacijska Fg pa vrijedi
2 2
2
2 2
v m M v m M MF F m G m G v Gcp g
r r rr
r
mr
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot rArr
2
M M
v G v Gr r
rArr = sdot rArr = sdot
Iz formule vidi se da brzina satelita ovisi isključivo o njegovoj udaljenosti od središta Zemlje masi
Zemlje i gravitacijskoj konstanti a ne o njegovoj masi
Odgovor je pod A
Vježba 106
Newtonov zakon gravitacije vrijedi
A za tijela velikih masa B za tijela malih masa
C za dvije mase na bilo kojoj udaljenosti D za dvije mase na velikoj udaljenosti
Rezultat C
Zadatak 107 (Luka tehnička škola)
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca 30 kms
a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rješenje 107
v = 30 kms = 3 middot 104 ms r = 15 108 km = 15 middot 1011 m G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2
mS =
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna brzina tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
6
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Sila gravitacije je uzrok kružnoga gibanja Zemlje oko Sunca Sila gravitacije Fg između Zemlje mase
m i Sunca mase mS na udaljenosti r mora biti jednaka centripetalnoj sili Fcp na Zemlju na udaljenosti r
od središta vrtnje
2
2
2 2
2
m m m mv vS SF F G m G mg cmrr G
prr
rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
24 11
3 10 15 10230
202 10 2
11667 10
2
mm
v r sm kg
S G N m
kg
sdot sdot sdotsdot
rArr = = = sdot
sdotminussdot
vvvv
rrrrmmmmmmmmSSSS
Vježba 107
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca
1800 kmmin a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta
G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 202 middot 1030
kg
Zadatak 108 (Tina gimnazija)
Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 60
ubrzanja g0 uz površinu
Rješenje 108
R = 6371 km = 6371 middot 106 m g0 g = 60 middot g0 = 060 middot g0 h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili Ako je m masa tijela g0 ubrzanje sile teže na površini Zemlje M masa Zemlje R
srednji polumjer Zemlje g ubrzanje sile teže na visini h od površine Zemlje tada je
7
bull na površini Zemlje
0 2
m Mm g G
R
sdotsdot = sdot
bull na visini h
( )
2
m Mm g G
R h
sdotsdot = sdot
+
Iz ovih dviju relacija dobivamo
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
0 2 2 20 0
2 2 2
m M m Mm g G Gm g gR R R
m M m Mm g gm g G G
R h R h
m
R h
MG
m
m MmG
sdot sdotsdot = sdot sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArrsdot sdotsdot sdot
sdot = sdot sdot sdot
+ + +
sdot
sdot
( )
( )1
2 2 220 0 0 0
21
2
g g g gR h R h R hR
g g g R R gR
R h
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+
20 0 0 0
g g g gR h R h R hR hR R
R g R g R g g
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdot rArrsdot
0 0 01 1 1060 0
0
60 0
0
g g gh R R h R h
g gg
gR h R
grArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr
sdot sdot
1 1 161 1 6371 10 1 185392563
060 060 060h R h R m mrArr = sdot minus rArr = sdot minus = sdot sdot minus = =
185392563 1854 km km= asymp
mmmmmmmmMMMMMMMM
gggg0000 gggg
hhhh
Vježba 108 Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 80
ubrzanja g0 uz površinu
Rezultat 752 km
Zadatak 109 (Neven tehnička škola)
Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Mjeseca je
oko 81 put manja od mase Zemlje a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 km
Rješenje 109
M ndash masa Zemlje m ndash masa Mjeseca M = 81 middot m d = 384 000 km = 384 middot 108 m
x =
Prostor oko masivnog tijela mase m u kojem se osjeća gravitacijsko djelovanje tog tijela nazivamo
gravitacijsko polje Jakost gravitacijskog polja γ u nekoj točki polja na udaljenosti r od tijela dana je
izrazom
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
6
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Sila gravitacije je uzrok kružnoga gibanja Zemlje oko Sunca Sila gravitacije Fg između Zemlje mase
m i Sunca mase mS na udaljenosti r mora biti jednaka centripetalnoj sili Fcp na Zemlju na udaljenosti r
od središta vrtnje
2
2
2 2
2
m m m mv vS SF F G m G mg cmrr G
prr
rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
24 11
3 10 15 10230
202 10 2
11667 10
2
mm
v r sm kg
S G N m
kg
sdot sdot sdotsdot
rArr = = = sdot
sdotminussdot
vvvv
rrrrmmmmmmmmSSSS
Vježba 107
Kolika je masa Sunca kad znamo da je srednja brzina Zemlje pri kruženju oko Sunca
1800 kmmin a polumjer njezine staze 15 middot 108 km (gravitacijska konstanta
G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2)
Rezultat 202 middot 1030
kg
Zadatak 108 (Tina gimnazija)
Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 60
ubrzanja g0 uz površinu
Rješenje 108
R = 6371 km = 6371 middot 106 m g0 g = 60 middot g0 = 060 middot g0 h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili Ako je m masa tijela g0 ubrzanje sile teže na površini Zemlje M masa Zemlje R
srednji polumjer Zemlje g ubrzanje sile teže na visini h od površine Zemlje tada je
7
bull na površini Zemlje
0 2
m Mm g G
R
sdotsdot = sdot
bull na visini h
( )
2
m Mm g G
R h
sdotsdot = sdot
+
Iz ovih dviju relacija dobivamo
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
0 2 2 20 0
2 2 2
m M m Mm g G Gm g gR R R
m M m Mm g gm g G G
R h R h
m
R h
MG
m
m MmG
sdot sdotsdot = sdot sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArrsdot sdotsdot sdot
sdot = sdot sdot sdot
+ + +
sdot
sdot
( )
( )1
2 2 220 0 0 0
21
2
g g g gR h R h R hR
g g g R R gR
R h
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+
20 0 0 0
g g g gR h R h R hR hR R
R g R g R g g
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdot rArrsdot
0 0 01 1 1060 0
0
60 0
0
g g gh R R h R h
g gg
gR h R
grArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr
sdot sdot
1 1 161 1 6371 10 1 185392563
060 060 060h R h R m mrArr = sdot minus rArr = sdot minus = sdot sdot minus = =
185392563 1854 km km= asymp
mmmmmmmmMMMMMMMM
gggg0000 gggg
hhhh
Vježba 108 Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 80
ubrzanja g0 uz površinu
Rezultat 752 km
Zadatak 109 (Neven tehnička škola)
Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Mjeseca je
oko 81 put manja od mase Zemlje a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 km
Rješenje 109
M ndash masa Zemlje m ndash masa Mjeseca M = 81 middot m d = 384 000 km = 384 middot 108 m
x =
Prostor oko masivnog tijela mase m u kojem se osjeća gravitacijsko djelovanje tog tijela nazivamo
gravitacijsko polje Jakost gravitacijskog polja γ u nekoj točki polja na udaljenosti r od tijela dana je
izrazom
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
7
bull na površini Zemlje
0 2
m Mm g G
R
sdotsdot = sdot
bull na visini h
( )
2
m Mm g G
R h
sdotsdot = sdot
+
Iz ovih dviju relacija dobivamo
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
0 2 2 20 0
2 2 2
m M m Mm g G Gm g gR R R
m M m Mm g gm g G G
R h R h
m
R h
MG
m
m MmG
sdot sdotsdot = sdot sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArrsdot sdotsdot sdot
sdot = sdot sdot sdot
+ + +
sdot
sdot
( )
( )1
2 2 220 0 0 0
21
2
g g g gR h R h R hR
g g g R R gR
R h
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+
20 0 0 0
g g g gR h R h R hR hR R
R g R g R g g
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdot rArrsdot
0 0 01 1 1060 0
0
60 0
0
g g gh R R h R h
g gg
gR h R
grArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr = sdot minus rArr
sdot sdot
1 1 161 1 6371 10 1 185392563
060 060 060h R h R m mrArr = sdot minus rArr = sdot minus = sdot sdot minus = =
185392563 1854 km km= asymp
mmmmmmmmMMMMMMMM
gggg0000 gggg
hhhh
Vježba 108 Znajući srednji polumjer Zemlje R = 6371 km odredi visinu na kojoj ubrzanje iznosi 80
ubrzanja g0 uz površinu
Rezultat 752 km
Zadatak 109 (Neven tehnička škola)
Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Mjeseca je
oko 81 put manja od mase Zemlje a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 km
Rješenje 109
M ndash masa Zemlje m ndash masa Mjeseca M = 81 middot m d = 384 000 km = 384 middot 108 m
x =
Prostor oko masivnog tijela mase m u kojem se osjeća gravitacijsko djelovanje tog tijela nazivamo
gravitacijsko polje Jakost gravitacijskog polja γ u nekoj točki polja na udaljenosti r od tijela dana je
izrazom
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
8
2
mG
r
γ = sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
γγγγMMMMγγγγZZZZ PPPP
dddd
Mjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - mZemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - M
d - xd - xd - xd - xxxxx
C
Najprije odredimo gravitacijska polja Zemlje i Mjeseca u točki P
bull gravitacijsko polje Zemlje
2
MG
Zx
γ = sdot
bull gravitacijsko polje Mjeseca
( )
2
mG
Md x
γ = sdot
minus
1inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
( )22
1m m m m
x d x x d x x x d x dM M M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr sdot + = rArr
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
9
1
1
1 1m m
x d x dM
M
M mrArr sdot + = rArr sdot + = sdot
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
2inačica
Gravitacijsko polje Zemlje usmjereno je radijalno prema Zemlji a gravitacijsko polje Mjeseca prema
Mjesecu Budući da se u točki P polja moraju poništiti (rezultantno gravitacijsko polje mora biti
jednako nuli) u njoj su ona jednakog iznosa ali suprotnih smjerova pa vrijedi
( ) ( )
( )2 2 2 2
22
m M m M
G G G GM Z
x xd x d
x d x
Gx
γ γ= rArr sdot = sdot rArr sdot =sdot minus
sdotsdot rArrminus minus
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
10
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
xxxx d - xd - xd - xd - x
Zemlja - MZemlja - MZemlja - MZemlja - MMjesec - mMjesec - mMjesec - mMjesec - m
dddd
mmmm1111FFFFgZgZgZgZ FFFFgMgMgMgM
G
3inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 2 22 2 21
m
m x M d x m x M d x x xMM
drArr sdot = sdot minus rArr sdot = sdot minus rArr sdot = minussdot rArr
( )radiciramo jednadžbu jer time
izbjegavamo kvadratnu jednadžbu
22mx d x
MrArr rArr sdot = minus rArr
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
11
( )22m m m
x d x x d x x x dM M M
rArr sdot = minus rArr sdot = minus rArr sdot + = rArr
1
1 1 11
m m m
x d x d x dM M M m
M
rArr sdot + = rArr sdot + = sdot + rArrsdot=
+
rArr
11 1 1 1
81 81 81
d d d dx x x
m
m
xm m
M m
rArr = rArr = rArr = rArr = rArr
+ + + +sdot sdot
911 1 1 9 1 10 10 10
19 1 9 9 9 9
d
d d d d dx x x x x x
sdotrArr = rArr = rArr = rArr = rArr = rArr = =
++ +
89 384 10 8
3456 10 10
mm
sdot sdot= = sdot
4inačica
Kada se neko tijelo mase m1 nađe u točki P bit će u bestežinskom stanju jer će na nj djelovati
gravitacijske sile Zemlje i Mjeseca koje su jednake po iznosu ali imaju suprotne smjerove
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
1 2
M mF G
gZx
sdot= sdot
Gravitacijska sila kojom Mjesec mase m djeluje na tijelo mase m1 dana je izrazom
( )
1 2
m mF G
gMd x
sdot= sdot
minus
Budući da tijelo mora biti u stanju mirovanja gravitacijske sile FgZ i FgM jednake su po iznosu ali
suprotnog smjera pa vrijedi
( ) ( )
( )1 1 1 12 2
2
2 2
2
1
m m M m m m M mF F G G G G
gM gZx xd x d x
x d x
G m
sdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot =
minussdot sdot
minus sdotminus
sdotrArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
( ) ( ) ( )2 22 2 2 2 22m x M d x M d x m x M d d x x m xrArr sdot = sdot minus rArr sdot minus = sdot rArr sdot minus sdot sdot + = sdot rArr
2 2 2 2 2 22 2 0M d M d x M x m x M d M d x M x m xrArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot = sdot rArr sdot minus sdot sdot sdot + sdot minus sdot = rArr
( )2 2 2 2 2
2 0 2 0M x m x M d x M d M m x M d x M drArr sdot minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr minus sdot minus sdot sdot sdot + sdot = rArr
( )2
2 2 22 0
242
2 12 2
a M m b M d c M dM m x M d x M d
b b a ca M m b M d c M d x
a
= minus = minus sdot sdot = sdotminus sdot minus sdot sdot sdot + sdot =
rArr rArr rArrminus plusmn minus sdot sdot
= minus = minus sdot sdot = sdot =sdot
( ) ( ) ( )
( )
2 22 2 4
12 2
M d M d M m M dx
M m
minus minus sdot sdot plusmn minus sdot sdot minus sdot minus sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
12
( )
2 2 2 2 22 4 4 4
12 2
M d M d M d M m dx
M m
sdot sdot plusmn sdot sdot minus sdot sdot + sdot sdot sdotrArr = rArr
sdot minus
( ) ( )
2 2 2 2 22 4 2 4
12 12
4
2 2
24M d M m d M d M mM d
x xM m
d M d
M m
sdot sdot plusmn + sdot sdot sdotsdot sdot minus sdot sdot sdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus
( )
( )( )
( )( )
22 2
12 12 122 2
2
2
d M M m d M M mM d d M mx x x
M m M m M m
sdot sdot plusmn sdot sdot sdot plusmn sdotsdot sdot plusmn sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr
sdot minus sdot minus sdot minus
81 81
1 1 81
1281 81
2 2 81
M M m m m mx d x d
M m m mM M mx d
M m M M m m m mx d x d
M m m m
+ sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minusplusmn sdotrArr = sdot rArr rArr rArr
minus minus sdot sdot minus sdot sdot= sdot = sdot
minus sdot minus
281 81 81 9 90
1 1 180 80 80
81 9 72281 81
2 280 802 80
m m m m mx d x d x d
m m m
m m mm m x d x d
x d m mm
sdot + sdot sdot + sdot sdot= sdot = sdot = sdot
sdot sdot sdotrArr rArr rArr rArr
sdot minus sdot sdotsdot minus sdot = sdot = sdot
= sdot sdot sdotsdot
9 9 8 8384 10 432 101 1 18 8 1
89 9 8 3456 10384 10 22
90
80
2 210 10
72
80
x d x d xm
mm x m
x mx d x d x mm
m
= sdot = sdot = sdot sdot = sdotrArr rArr rArr rArr rArr
= sdot= sdot = sdot
sdot
sdot
sdotsdot sdot
sdot=
rješenje odbacujemo jer je točka P izvan spojnice Zemlja Mjese1
8
3456 102
cx
x mrArr
= sdot
minusminus
Vježba 109 Gdje se između Mjeseca i Zemlje poništavaju njihova gravitacijska polja Masa Zemlje je 81
puta veća od mase Mjeseca a udaljenost Zemlje od Mjeseca iznosi d = 384 000 000 m
Rezultat 3456 middot 108 m
Zadatak 110 (Neven tehnička škola)
Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 64 middot 106 m masa Zemlje M = 6 middot 1024 kg)
Rješenje 110
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 g = 981 ms
2 r = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg
T =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
13
24
2
rF mcp
T
πsdot sdot= sdot
gdje je T ophodno vrijeme
Težina tijela jest sila kojom tijelo zbog Zemljina privlačenja djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes
Za slučaj kad tijelo i podloga odnosno ovjes miruju ili se gibaju jednoliko po pravcu s obzirom na
Zemlju težina tijela je veličinom jednaka sili teže
G m g= sdot
Na tijelo mase m koje se nalazi u blizini Zemljine površine djeluje vertikalno prema dolje sila teža
G = m middot g koja je rezultanta gravitacijske i centrifugalne sile zbog vrtnje Zemlje oko svoje osi U
većini slučajeva može se zanemariti utjecaj centrifugalne sile i uzeti da je sila teža jednaka
gravitacijskoj sili
1inačica
Iskoristit ćemo gravitaciju kao centripetalnu silu Ona prisiljava da tijelo mase m uz potrebnu kružnu
brzinu kruži oko Zemlje čiji je polumjer r Sila gravitacije između tijela mase m i Zemlje mase M na
površini Zemlje mora biti jednaka centripetalnoj sili na tijelo na udaljenosti r od središta vrtnje
2 24 4
2 2 2 2
2 2
M m r M T rm r
F FG M
G m G mg cpr T r mT
π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot= rArr sdot
sdotsdot
sdot= rArr sdot = sdot
sdotsdot rArr
2 3 2 3 2 34 4 42 2
2r r r r
T T T T rG M G M G M G M
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot sdot =
sdot sdot sdot sdot
664 106 3
2 64 10 5085 102
11 24667 10 6 10
2
mm s
N mkg
kg
πsdot
= sdot sdot sdot sdot = sdot =
sdotminussdot sdot sdot
35085 10 3600 141 h= sdot =
2inačica
Privlačna sila između Zemlje mase M i tijela mase m daje tijelu centripetalnu akceleraciju te
jednadžba gibanja tijela ima oblik (sila teža je uzrok kružnog gibanja tijela mase m)
2 2 2
4 4
2 2
r rG F m g m m
Tg mcp
T T m g
π πsdot sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot sdot=
sdotsdot rArr
2 2 24 4 42 2
2r r r r
T T T Tg g g g
π π ππ
sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = rArr = sdot sdot =
664 10 3 3
5082 55085 10 141
9
10 3600
812
ms h
m
s
πsdot
= sdot sdot = sdot = sdot =
Vježba 110 Kolika bi morala biti perioda Zemljine vrtnje oko osi da bi tijelo na ekvatoru bilo u
bestežinskom stanju (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2 akceleracija slobodnog
pada g = 981 ms2 srednji polumjer Zemlje r = 6400 km masa Zemlje M = 6 middot 10
21 t)
Rezultat 141 h
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
14
Zadatak 111 (VM gimnazija)
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 1 m bude jednaka
10-4 N (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 111
2 middot r1 = 2 middot r2 = 1 m =gt r1 = r2 = r = 05 m R = 2 middot r F = 10-4 N
G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2 ρ =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
Vρ =
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
RRRR
rrrr rrrr
Budući da kugle imaju jednake mase a udaljenost između njihovih središta je R vrijedi
2
1 2 2 2 22
1 2 2 22
m m m
m m R FF G F G mm m
GF G R R
R
R
G
= =sdot
rArr = sdot rArr = sdot rArr = rArrsdot= sdot
sdot
2 22
2 R F R F F F
m m m R m rG G G G
sdot sdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot sdot
Iz podataka za masu m kugle i polumjera r dobijemo gustoću materijala
6metoda
3supstitucij
2 6
234 3 4
34 3
3
e 4
m
V F F Fr r
F G G Gm r
G r rr
V r
r
ρ
ρ ρ ρπ ππ
π
=
sdot sdot sdot sdot sdot
= sdot sdot rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot sdot sdotsdot sdot
=
sdot
sdot sdot
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
15
( )
3 43 3 10
233851 2 2 2 2 3
2 2 2 05 11667 10
2
F
F N kgG
Gr r N m mm
kg
ρ ρπ π π
sdot minus
rArr = rArr = sdot = sdot =
sdot sdot sdot sdot sdotsdot sdot minussdot
Vježba 111
Kolika bi morala biti gustoća materijala da sila kugli u dodiru promjera 100 cm bude jednaka
01 mN (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 233851 kgm3
Zadatak 112 (Petra gimnazija)
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 8
T
4 88 4
r rA B C r D rsdot sdot
Rješenje 112
r1 = r T1 = T 1
2 8
T T= sdot r2 =
Keplerovi zakoni
bull Svaki planet giba se po elipsi a Sunce je u jednom žarištu te elipse
bull Spojnica Sunce ndash planet u jednakim vremenskim intervalima opisuje jednake površine
bull Kvadrati ophodnih vremena planeta odnose se kao kubovi njihovih srednjih udaljenosti od
Sunca 2 3
1 12 3
2
2
T r
T r
=
2 3 2 32 3 2 3 2 3 2 3 31 1 2 1
1 2 2 1 1 2 2 1 2
1
21
2 3 22 2 1
T r T rT r T r T r T r r
r TT T
sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot rArr =sdot= sdot rArr
21 3 1 12 3 3
183 3 3 3 364 642 2 2 22 2 2 6
2
4
T r T r r
r r r r r
T T
T
T
sdot sdot sdot sdot sdot sdot
rArr = rArr = rArr = rArr = sdot rArr
1 1 13 3 3 33 2 2 26 4 4
4 6
r r r r r rrArr = sdot rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod B
Vježba 112
Perioda kruženja umjetnog satelita oko planeta iznosi T Udaljenost satelita od središta planeta
iznosi r Na kolikoj udaljenosti od središta planeta kruži drugi satelit kojemu je perioda kruženja 27
T
3 99 81
r rA B C r D rsdot sdot
Rezultat A
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
16
Zadatak 113 (Tihomir srednja škola)
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1024 kg a polumjer 64 middot 106 m (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rješenje 113
g = 733 m s2 M = 6 middot 1024 kg R = 64 middot 106 m G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2
h =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Nalazi li se tijelo mase m na visini h iznad površine planeta polumjera R i mase M tada je
gravitacijska sila jednaka
( )2
m M
F G
R h
sdot= sdot
+
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Budući da je sila teža G na površini Zemlje jednaka privlačnoj sili F tijela mase m i Zemlje mase M
(na visini h iznad površine Zemlje) vrijedi
( ) ( )
( )2
2
2
m M m MG F m g G m g G
R h R h
R h
m g
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
+sdot
sdot
( ) ( ) 2 2G M G M G M G M
R h R h R h h Rg g g g
sdot sdot sdot sdotrArr + = rArr + = rArr + = rArr = minus =
211 24
667 10 6 102
664 10 98901511 989
7332
N mkg
kgh m m km
m
s
sdotminussdot sdot sdot
rArr = minus sdot = asymp
Vježba 113
Na kojoj visini iznad površine Zemlje akceleracija sile teže iznosi 733 m s2 Masa Zemlje je
6 middot 1021
t a polumjer 64 middot 103 km (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10
-11 (N middot m
2) kg
2)
Rezultat 989 km
Zadatak 114 (Ivica srednja škola)
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 652 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024
kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2)
Rješenje 114
v = 652 km s = 6520 m s M = 596 middot 1024
kg G = 667 middot 10-11
(N middot m2) kg
2
T =
Opći zakon gravitacije
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
17
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Tijelo rotira kada se njegove čestice gibaju po kružnicama čija središta leže u istoj točki ili na istom
pravcu Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim
kružnicama (koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
2
rv
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda vrijeme jednog ophoda
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 2
2 2
2
2 2
m M v m M v G MF F G m G m rg cp
r
mr vvrr r
sdotsdot
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = rArr
2
G Mr
v
sdotrArr =
Ophodno vrijeme dobit ćemo iz sustava jednadžbi
metod
2 222
2
2 2
a
zamj2
ene
G Mr rrv Tv
T vT vTG M
T
v
G M G M vr r rv v v
π πππ
sdotsdot sdot sdot sdotsdot sdot sdot sdot= ==
rArr rArr rArr rArr = rArr sdot sdot sdot = = =
sdot
[ ]
211 24
2 667 10 596 102
2901175 1502 min
3 3
6520
901175 60
N mkg
G M kgT s
v m
s
ππ
sdotminussdot sdot sdot sdot sdot
sdot sdot sdotrArr = = = = =
Vježba 114
Satelit obilazi Zemlju po kružnoj stazi brzinom 326 km s Koliko je ophodno vrijeme (masa
Zemlje M = 596 middot 1024 kg gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11 (N middot m2) kg2)
Rezultat 12016 min
Zadatak 115 (Marija gimnazija)
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila dva puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
5 3 6 6 3 10 4 10 265 10 7 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rješenje 115
m ndash masa tijela M ndash masa Zemlje 1
1 2
G G= sdot R = 64 middot 106 m h =
Opći zakon gravitacije
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
18
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati sljedeće jednadžbe
( )
( )( ) ( )
težina tijela mase m na površini Zemlje
težina tijela mase
2 2
1
1 2m na visini h
22
m M m MG G G G
R R
m M m MG G G G
R h R h
sdot sdot= sdot = sdot
rArr rArrsdot sdot
= sdot sdot = sdot
+ +
( ) ( ) ( )
podijelimo
jednadžbe
1
2 2 22
1 1 1
2 2 22 2
m MG
G R R Rm
m MG
G
m MMG G
R h R h R
G
h
G
sdot sdotsdot sdot
rArr rArr = rArr = rArr = rArrsdot sdot
sdot sdot sdot sdot
+ + +
( ) ( ) ( )( )
22 2 2
2 22 2 2 2
2
2 2
R h R h R hR h R
R R
R
R
+ + +rArr = rArr = rArr = rArr + = sdotsdot rArr
( )2 2 2
2 2 2 2R h R R h R R h R h R RrArr + = sdot rArr + = sdot rArr + = sdot rArr = sdot minus rArr
( ) ( )6 62 1 64 10 2 1 265 10 h R m mrArr = sdot minus = sdot sdot minus = sdot
Odgovor je pod C
Vježba 115
Na koju visinu iznad površine Zemlje treba podići tijelo da bi se težina umanjila četiri puta
(polumjer zakrivljenosti Zemlje R = 64 middot 106 m)
6 5 6 6 64 10 64 10 32 10 3 10A m B m C m D msdot sdot sdot sdot
Rezultat A
Zadatak 116 (Martin tehnička škola)
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom 150 min
(gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rješenje 116
T = 150 min = [ 150 middot 60 ] = 9000 s G = 667 middot 10-11 N middot m2 kg2 M = 596 middot 1024 kg
v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
19
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Kada kruto tijelo rotira oko čvrste osi sve se njegove čestice gibaju po koncentričnim kružnicama
(koncentrične kružnice imaju zajedničko središte) Obodna (linearna) brzina iznosi
v 2 r
T
πsdot sdot=
gdje je r polumjer kružnice T perioda (vrijeme jednog okreta)
Sila gravitacije između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti r mora biti jednaka
centripetalnoj sili na satelit na udaljenosti r od središta vrtnje
2 22
2 2
v m M v m M M
F F m G m G v Gcpr r
r
m rr r
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr = sdotsdot
Iz sustava jednadžbi dobije se brzina satelita
pomnožimo
jednadžbe
2
2 22 3
2
rv
r M MTv v G v G
M T r Tv
r
rG
r
π
π π
sdot sdot=
sdot sdot sdot sdotrArr rArr sdot = sdot sdot rArr = sdot sdot rArr
= sdot
3
2 2 23 3 3G M G M G Mv v v
T T T
π π πsdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
211 24
2 667 10 596 1023
652284 652 9 000
N mkg
m kmkg
s s s
πsdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
= = asymp
Odgovor je pod B
Vježba 116
Odredite brzinu satelita koji obilazi Zemlju po kružnoj stazi s ophodnim vremenom
2 h 30 min (gravitacijska konstanta G = 667 middot 10-11
N middot m2 kg
2 masa Zemlje M = 596 middot 10
24 kg)
1580 652 815 1120km km km km
A B C Ds s s s
Rezultat B
Zadatak 117 (Stela maturantica)
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 50 (R ndash polumjer Zemlje) jest
104 102 098 096A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rješenje 117
F1 = Z r1 = R 50 51
2 50 1 50 50 50
R R R R Rr R R
sdot += + = + = = sdot F2 =
Opći zakon gravitacije
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
20
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Gravitacijska sila kojom Zemlja mase M djeluje na satelit mase m kad je na njezinoj površini je
1
1
1 2 2
1
F Z
r R
m M m MF G Z G
r R
sdot sdot= sdot rArr rArr = sdot
=
=
Gravitacijska sila Zemlje mase M na satelit mase m kada je na visini r2 iznosi
51
22 2 22 2 2601 250 512 250050
m M m M m MF G F G F G
r R
r
R
Rsdot sdot sdot
= sdot rArr rArr = sdot rArr = sdot rArr sdotsdot
= sdot
2500
2 22601
m MF G
R
sdot sdotrArr = sdot
sdot
Iz sustava jednadžbi dobijemo gravitacijsku silu F2
2podijelimo
jednadžbe
2500 2500
222601 26012 2
25
2
002 22
2601
m M m MZ G G
F FRR
m
m MG
R
M m MZ Z m MGF G
RG
RR
sdot sdot sdot sdot sdot= sdot sdot sdot
sdot sdotrArr rArr = rArr = rArr sdot sdot sdot sdot sdot sdot= sdot
sdot
2500 2500 25002 2 096 2 22601 2601 2 1
60
F FZ F Z F Z
Z ZsdotrArr = rArr = rArr = sdot rArr = sdot
Odgovor je pod D
Vježba 117
Označimo sa Z gravitacijsku silu kojom Zemlja djeluje na satelit kad je na njezinoj površini
Gravitacijska sila Zemlje na satelit kada je na visini R 10 (R ndash polumjer Zemlje) jest
101 091 083 080A Z B Z C Z D Zsdot sdot sdot sdot
Rezultat C
Zadatak 118 (Petra medicinska škola)
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 230 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024 kg)
Rješenje 118
h = 230 km = 23 middot 105 m R = 6400 km = 64 middot 10
6 m M = 6 middot 10
24 kg v =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
21
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r brzinom v potrebno je da na nj djeluje
centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
koja ima smjer prema središtu kružnice
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Zemlje mase M na udaljenosti R + h mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R + h od središta vrtnje
( ) ( )
2
2
2 2
v m M v m MF F F F m G m Gg cp cp g
R h R
R h
mhR h R h
sdot sdot= rArr = rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ ++
+sdot
+
2 2G M G M G M
v v vR h R h R h
sdot sdot sdotrArr = rArr = rArr = =
+ + +
211 24
667 10 6 102
77693 6 5
64 10 23 10
N mkg
mkg
sm m
sdotminussdot sdot sdot
= =sdot + sdot
Vježba 118
Satelit se giba oko Zemlje na udaljenosti 1700 km od morske površine Kolika je brzina
satelita (srednji polumjer Zemlje R = 6400 km masa Zemlje 6 middot 1024
kg)
Rezultat 7000 m
sasymp
Zadatak 119 (Lux gimnazija)
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1024
kg i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rješenje 119
M = 6 middot 1024
kg R = 6400 km = 64 middot 106 m h = 1000 km = 1 middot 10
6 m
g = 981 m s2 g1 =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
22
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
1inačica
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( )1 2
1
2
mm M m M
G F m g G m g G
R h R h
sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr
+ +
( ) ( )
211 24
667 10 6 102
731 1 2 2 2
6 664 10 1 10
N mkg
G M mkgg
sR h m m
sdotminussdot sdot sdot
sdotrArr = = =
+ sdot + sdot
2inačica
Na površini Zemlje je h = 0 pa za privlačenje tijela mase m i Zemlje mase M možemo napisati
2 2
2
m M m M G MG F m g G m g G g
R
m
R R
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
Za privlačenje tijela mase m koje je na visini h i Zemlje mase M možemo napisati
( ) ( ) ( )
1 1 12 2
2
m M m M G MG F m g G m g G m g
R h R h R h
sdot sdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot rArr =
+ + +
Iz sustava jednadžbi izračunamo g1
( )
( ) ( ) ( )
1
2 2 221 1 1
1
podijelimo
jednadž2
e2 2 2
b1
G MG Mg
g g gR h R h R hR
G M G Mg g g
G M
G Mg
R R RR h
sdot sdotsdot=
+ + +rArr rArr = rArr = rArr = rArr
sdot sdot sdot=
+
( )
2 221 1 1
2
g g gR R R
g g R h g R hR
g
h
rArr = rArr = rArr = rArr+
sdot++
22 664 10
981 734 1 2 6 6 2
64 10 1 10
R m m mg g
R h s m m s
sdotrArr = sdot = sdot =
+ sdot + sdot
(Odstupanje u rezultatu je zbog zaokruživanja)
Vježba 119
Znajući masu Zemlje M = 6 middot 1021
t i srednji polumjer R = 6400 km odredi ubrzanje na visini
h = 1000 km iznad površine Zemlje (ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje g = 981 m s2)
Rezultat 734 2
m
s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
23
Zadatak 120 (Lux gimnazija)
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je polumjer 2439 km
Rješenje 120
v = 292 km s = 2920 m s R = 2439 km = 2439 middot 106m ρ = g =
Opći zakon gravitacije
Ako se bilo koja dva tijela masa m1 i m2 nalaze u međusobnoj udaljenosti r među njima djeluje
privlačna gravitacijska sila čiji je iznos
1 22
m mF G
r
sdot= sdot
gdje je G gravitacijska konstanta koja ima jednaku vrijednost za privlačenje između bilo koja dva
tijela
211
6 7 6 102
N mG
kg
sdotminus= sdot
Taj zakon zovemo općim zakonom gravitacije
Silu kojom Zemlja privlači sva tijela nazivamo silom težom Pod djelovanjem sile teže sva tijela
padaju na Zemlju ili pritišću na njezinu površinu
Akceleracija kojom tijela padaju na Zemlju naziva se akceleracijom slobodnog pada Prema drugom
Newtonovom poučku
G m g= sdot
gdje je G sila teža m masa tijela i g akceleracija slobodnog pada koja je za sva tijela na istome mjestu
na Zemlji jednaka
Da bi se tijelo mase m gibalo po kružnici polumjera r potrebno je da na nj djeluje centripetalna sila
2v
F mcpr
= sdot
gdje je v obodna ili linearna brzina
Gustoću ρ neke tvari možemo naći iz omjera mase tijela i njegova obujma
m
m VV
ρ ρ= rArr = sdot
Kugla polumjera r ima obujam (volumen)
3
4
3V r π= sdot sdot
Sila gravitacije Fg između satelita mase m i Merkura mase M na udaljenosti R mora biti jednaka
centripetalnoj sili Fcp na satelit na udaljenosti R od središta vrtnje
2 2
2
2
2
m M v m M vF F G m G mg cp
R R G mR R
Rsdot sdot= rArr sdot = sdot rArr sdot = sdot sdot
sdotrArr
4 3
3
4 3
2 24 3
3
3
v R v RM R
G G
M V V R
M R
ρ π
ρ
ρ
π
π
= sdot = sdot sdot
= sdot
sdot sdot
rArr = rArr rArr sdot sdot sdot = rArr
sdot
sdot
2 24 33
23 4
3
34
v R vR
G GR R
ρ π ρππ
sdotsdot
sdot sdotrArr sdot sdot sdot = =
sdot sdot sdotsdotrArr =
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s
24
( )
2
3 2920
5130 2 32
11 64 667 10 2439 10
2
m
kgs
N m mm
kgπ
sdot
= =sdotminus
sdot sdot sdot sdot sdot
U tom je slučaju sila teža uzrok kružnoga gibanja satelita Zato mora biti Fcp jednako sili teži G
2 2 21
v v v
F G G F m g m m g m gcp cpR R Rm
= rArr = rArr sdot = sdot rArr rArrsdotsdot = sdot = =
2
2920
350 6 2
2439 10
m
ms
m s
= =sdot
Vježba 120
Odredi prosječnu gustoću planeta Merkura ako je poznato da je perioda obilaska satelita
neposredno uz površinu (prva svemirska brzina) 292 km s Koliko je gravitacijsko ubrzanje na tom
planetu ako mu je promjer 4870 km
Rezultat 5130 350 3 2
kg m
m s