mekanika . gravitasi

Embed Size (px)

Citation preview

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    1/21

    Gaya Gravitasi dan Potensial Gravitasi (Halaman 393-411)

    1. Hukum Newton tentang gravitasi2. Medan gravitasi dan potensial3. Garis gaya dan permukaan ekipotensial4.

    Menghitung gaya gravitasi

    1. Hukum Newton tentang Gravitasi :Gaya tarik-menarik antara dua buah benda besarnya sebanding dengan

    hasil kali massa kedua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak

    antara kedua benda tersebut.

    Secara matematik dituliskan dengan :

    Gambar 10.1 (a) Gaya gravitasi antara dua massa m1 dan mi. (b) Gaya

    gravitasi pada massa m tiba di massa M

    Dimana G adalah konstanta Gravitasi, it menampilkan hasil pengecualian, yaitu

    :

    Merujuk pada gambar 10.1 (a), dapat dituliskan dalam bentuk aturan vektor

    yakni

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    2/21

    Dimana Fij adalah gaya gravitasi oleh massa mi yang ditarik oleh massa mj, rij =

    ri-rj adalah jarak antara dua massa mi dan mj, dan F ji adalah gaya dimana mj

    ditarik oleh massa mi. Menurut hukum Newton ketiga, diperoleh :

    Dari gambar 10.1 (b), massa m ditarik oleh massa M dengan sebuah gaya F,

    yang dapat ditulis :

    Dimana vektor satuan dalam arah dari M ke m. Tanda minum

    menandakan bahwa F adalah gaya tarik dengan garis dari aksi yang lewat

    melalui suatu titik tetap pada garis yang bersambung dengan dua massa itu.

    Karenanya, gaya itu diarahkan menuju pusat massa M, dan gaya gravitasinya

    adalah gaya pusat. Persamaan-persamaan yang lalu diaplikasikan dalam

    situasi itu dimana titik dari massa-massa dipertimbangkan. Ini mungkin hanya

    jika dimensi dari massa dibandingakan sepele dengan jarak antara keduanya.

    Dengan mempertimbangkan sebuah titik massa m pada P ditarik oleh

    bidang massa M yang diperluas, seperti ditunjukkan dalam gambar 10.2. untuk

    menghitung gaya pada m di P, harus menganggap bahwa medan gravitasi

    adalah bidang linear. Yaitu, gaya pada P dapat dihitung oleh penjumlahan

    vektor dari gaya tunggal yang dihasilkan oleh interaksi antara titik partikel m

    dan nomor besar dari partikel-partikel dalam bidang yang diperluas. Gaya dF

    antara m dan elemen kecil dari volume dV dari massa m adalah dm yaitu :

    Dimana adalah kerapatan. Gaya F pada m tiba di

    bidang massa yng diperluas M diperoleh dengan mengintegrasikan persamaan

    (10.6) diatas :

    Dimana V menandakan integrasi diluar volumenya. Jika bidang yang diperluas

    adalah bagian yang tipis yang mempunyai rapat permukaan atau rapat

    luas , jadi , yang dituliskan :

    Dimana A menandakan integrasi diluar area. Jika bidang yang diperluas

    adalah sumber garis dengan sebuah rapat massa linear jadi dm = . dL

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    3/21

    Gambar 10.2 gaya Gravitasi pada massa m di P menuju ke bidang yang

    diperluas dari massa M dan volume V.

    Jika bidang yang diperluas diganti oleh nomor besar dari massa-massa

    diskrit m1, m2, m3,......., mi, gaya pada massa m dituliskan :

    Dimana adalah vektor satuan dalam arah sepanjang garis bersambung

    antara mi dan m.

    Menurut persamaan (10.7), sistem gaya aksi pada porsi yang berbeda dari

    bidang yang diperluas menuju ke massa m di P memiliki resultan gaya F

    sepanjang garis massa m. Menurut hukum Newton ketiga, gaya pada m

    adalah- F, ditunjukkan dalam gambar 10.3. digaris ini, aksi dari F, ditempatkan

    sebuah titik CG pada jarak r dari m di P seperti :

    Dibawah kondisi-kondisi ini, gaya gravitasi antara bidang massa M dan

    partikel massa m sebanding dengan gaya resultan tunggal F yang beraksi pada

    M di CG dan F beraksi pada m di P. Bidang yang diperluas bertindak juga jika

    semua masa itu terkonsentrasi di CG. Titik CG disebut pusat dari gravitasi dari

    bidang massa M yang relatif dengan titik massa m di P. Jika posisi m di P

    berubah, jadi posisi CG. Pada umumnya, CG bersamaan waktunya dengan

    pusat massa M ; itu tidak mungkin pernah menjadi garis yang bergabung

    dengan pusat massa M dengan P. Pusat gravitasi akan bersamaan waktunya

    dengan pusat massa dibawah kondisi-kondisi dibawah ini :

    1. Jika massa m jauh dari M, medan gravitasi akan menjadi sama, berbedabagian dari bidang akan diaksikan oleh gaya yang sama, dan pusat

    gravitasi akan bersamaan waktu dengan pusat massa.

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    4/21

    2. Untuk bidang simetris, seperti bola yang sama bentuk, pusat gravitasinyabersamaan waktu dengan pusat massanya.

    Kita akan menemukan kesulitan yang lain jika massa m juga sebuah bidang

    yang diperluas. Dalam beberapa kasus persamaan (10.6) dan (10.7) akan

    ditukar, dimana akan melibatkan integral-integral dianta m dan dm.

    Gambar 10.3 pusat gravitasi CG dari sebuah bidang yang diperluas dari massa

    M relatif dengan massa m di titik P.

    2.Medan gravitasi dan potensial GravitasiSeperti yang dijelaskan sebelumnya, suatu gaya gravitasi adalah gaya

    pusat ; yaitu, adalah gaya radial yang secara alami melewati sebuah titik

    yang diberikan, pusat gaya. Lagipula, gaya gravitasiadalah bola simetri ; itu

    penting oleh gaya yang bergantung hanya pada jarak radial dari gaya

    pusat dan tidak pada arahnya. Akan ditunjukkan bahwa bola simetri gaya

    pusat adalah konservatif ; karena jumlah energi kinetik dan energi potensial

    adalah konstan. Sebaliknya, jika sebuah medan gaya pusat adalah

    konservatif, itu juga harus menjadi bola simetri. (catatan, perhatikan bahwa :

    sebuah gaya yang konservatif mungkin atau tidak mungkin diantara pusat

    dan bola simetri).

    Dengan menganggap sebuah partikel dari massa m dibawah pengaruh

    bola simetri gaya pusat F dengan pusat dari gayanya di O, seperti yang

    ditunjukkan dalam gambar 10.4. dalam situasi ini, gaya F hanya mempunyai

    sebuah komponen radial Fr, yaitu fungsi r dan dituliskan :

    Usaha dW dilakukan oleh gaya pusat F ketika m mengalami perpindahan

    kecil ds, yaitu :

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    5/21

    Dimana dr adalah perubahan dari jarak radial dari O ketika massa m

    mengalami suatu perpindahan ds. Maka,

    Sejak pentingnya gaya F yang hanya bergantung pada r, usaha total

    dilakukan dari A ke B, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 10.4, yang

    menjadi

    Gambar 10.4 usaha yang dilakukan oleh gaya pusat F ketika sebuah massa

    m berpindah dari titik A ke titik B.

    Dari integral ini dan karena usaha yang dilakukan bergantung hanya pada

    awal dan hasil akhir dari r (tidak pada alurnya) gaya bola simetri harus

    konservatif.

    Sdiketahui bahwa gaya itu konservatif, dapat diproses untuk

    menggambarkan sebuah fungsi energi potensial U(r) dari sebuah bendadalam beberapa medan gaya pusat bola simetri. Maka, dalam bergerak

    dari A ke B, perubahan dalam energi potensial dari sebuah benda adalah :

    Dari persamaan (10.15) dan (10.16), kita peroleh :

    Tetapi usaha yang dilakukan juga sama untuk merubah energi kinetik, yaitu :

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    6/21

    Maka, jika E adalah energi total, persamaan (10.18) menjadi :

    Yang merupakan energi konservasi.

    Dengan gaya gravitasi adalah berbanding terbalik dengan kuadrat

    hukum gaya

    Dimana C adalah konstanta. Dengan mensubstitusikan ini kedalah

    persamaan (10.16), diperoleh

    Dimana pada integrasinya memberikan

    Seperti yang dilakukan biasanya, kita menggambarkan UA = 0, ketika rA

    dan Ub = U(r) dimana rB = r ; maka diperoleh

    Dimana menyatakan bahwa energi potensial dari partikel dalam sebuah

    medan gaya pusat adalah fungsi dari jarak r dari pusat gaya. Konstanta C

    adalah negatif untuk gaya tarik dan positif untuk gaya tolak. Jika gaya

    gravitasinya adalah menarik dan memiliki bentuk umum

    Energi potensial , dalam medan M pada jarak r dari M yaitu

    Jika M adalah kelanjutan distribusi massa dari bentuk sembarang, energi

    potensial m pada jarak r adalah

    Untuk membuat tiga persamaan yang terdahulu sendiri dari m (massa

    percobaan), kami perkenalkan konsep dari medan gravitasi dan potensial

    gravitasi.

    Intensitas medan gravitasi, atau medan gravitasi vektor, atau disingkat

    medan gravitasi g, digambarkan sebagai gaya per satuan massa yang

    digunakan pada sebuah partikel dalam medan gravitasi dari massa M. Yakni,

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    7/21

    Atau, untuk bidang massa yang diperluas M, dapat dituliskan

    Dimana g memiliki dimensi dari gaya per satuan massa, yaitu, percepatan.

    Yang penting dari percepatan gravitasi ini pada permukaan bumi kira-kira

    9,8 m/s2.

    Kapanpun ada sebuah medan vektor konservatif, seperti medan gaya

    gravitasi, dapat selalu memperkenalkan potensial gravitasi (yaitu jumlah

    skalar) tu menghadirkan medan ini, menyediakan kondisi-kondisi terntentu

    yang terpenuhi.Kondisi itu diperlukan untukCurl dari medan vektorg harus nol. Sehingga g

    sebanding dengan 1/r2.

    (seperti penjelasan dalam bab 6). Kondisi ini juga akan dipenuhi jika g sama

    dengan gradien dari skalar.

    (ingat bahwa dimana V disebut potensial gravitasi danmempunyai dimensi dari energi per satuan massa. Ketika g hanya

    bergantung r, V hanya akan bergantung r. Dengan mensubstitusikan g dari

    pers. (10.26) kedalam pers. (10.29), diperoleh

    Dengan cara mengintegrasikannya, diperoleh

    Itu tidak dibutuhkan untuk mendapatkan sebuah konstanta integrasi dalam

    persamaan (10.30) karena kita menganggap bahwa

    Potensial gravitasi menuju ke sebuah lanjutan dari distribusi massa M yang

    dituliskan

    Diringkas menjadi seperti berikut :

    Gaya :

    Energi potensial :

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    8/21

    Medan gravitasi :

    Potensial gravitasi :

    Juga

    3. Garis gaya dan permukaan ekipotensialGaris-garis gaya dan garis ekopotensial dalam dua dimensi dan

    ekopotensial permukaan dalam tiga dimensi sangat membantu dalam

    mengilustrasikan medan gaya. Dengan menganggap sebuah massa M

    yang menghasilkan sebuah medan gravitasi dalam ruang lingkup dan

    mungkin dideskripsikan oleh medan gravitasi vektorg.

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    9/21

    Gambar (10.5) (a) garis medan gravitasi (garis-garis bercetak tebal) dan

    garis-garis ekopotensial yang menuju ke lingkaran massa M. Grafik

    menunjukkan hasil relatif dari V (r) versus r.

    Dimulai dari sebuah titik sembarang dan menggambar sebuah elemen

    garis yang kecil sekali dalam arah vektorg pada titik itu. Akhir dari elemen

    garis ini, kita gambarkan elemen garis yang lain dalam arah g pada titik

    baru ini. Sambung proses ini dan ketika bergabung dengan elemen garis

    kecil ini, diperoleh garis halus atau kurva disebut garis gaya atau garis

    medan gaya. Dapat digambarkan sebuah nomor besar seperti beberapa

    garis dalam ruang lingkup sebuah massa, seperti ditunjukkan dalam gambar

    10.5 (a). [lihat juga gambar 10.5 (b).] garis-garis ini dimulai dari permukaan

    massa dan meluas sedikit. Untuk titik massa tunggal, garis-garis gaya adalah

    garis lurus (atau radial) meluas sedikit seperti yang ditunjukkan. Ini tidak

    berlaku dalam semua konfigurasi massa dan dan mungkin sangat lengkap.

    Berikut adalah grafik dari

    medan gravitasi dan gravitasi

    potensi versus jarak r dari

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    10/21

    pusat massa M Bumi

    Yang nilai, g atau V,

    menurun lebih cepat dengan perubahan

    dalam jarak r dan mengapa?

    menunjukkan potensi kurva yang dihasilkan dari dua massa yang tidak setara. Garis medan gaya akan

    tegak

    dicular dengan kurva potensial di setiap titik.

    Ini gambar garis-garis gaya dapat digunakan untuk menggambarkan arah dan besarnya

    bidang vektor g. Sebuah singgung ditarik pada setiap titik ke garis lapangan memberikan arah gaya

    lapangan (F atau g) pada saat itu. Kepadatan jalur ini, jumlah baris melewati

    satuan volume (volume yang kecil, tapi termasuk titik), memberikan besarnya vec-

    tor lapangan g pada saat itu. Tidak ada dua garis medan saling silang karena g adalah nilai-tunggal fungsi

    tion, yaitu, ia hanya memiliki satu nilai pada suatu titik tertentu. Ini mungkin menunjukkan bahwa garis-

    garis medan

    tidak memiliki eksistensi nyata, tetapi memberikan gambaran yang jelas menggambarkan sifat-sifat

    medan gaya.

    Kami sekarang berusaha untuk menyelidiki hubungan antara garis-garis medan kekuatan dan gravitasi

    potensial baris. Misalkan kita mengetahui potensi V gravitasi di ruang sekitarnya massa.

    Sec. 10.4 Garis Force dan Permukaan ekipotensial 397

    Karena potensial gravitasi Vis didefinisikan untuk setiap titik dalam ruang dan adalah satu-nilai fungsi

    tion, kita dapat menulis

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    11/21

    Misalkan kita bergabung semua titik yang memiliki nilai yang sama potensial gravitasi V0. persamaan

    mewakili titik-titik ini

    Ini adalah persamaan dari permukaan, yang disebut permukaan ekipotensial. Kita bisa menggambar

    permukaan untuk masing-masing nilai yang berbeda dari V0, maka mengakibatkan sejumlah besar, atau

    seluruh keluarga, dari ekuipotensial wajah. Dalam kasus dua dimensi bukan permukaan ekipotensial,

    kita mendapatkan garis ekipotensial Sekali lagi, karena V (x, y, z) adalah fungsi bernilai tunggal, tidak ada

    dua permukaan ekipotensial atau garis akan saling silang. Misalkan kita memindahkan massa m dari satu

    titik ke titik lain pada. equipo-

    baris bangkan. Menurut definisi, tidak ada pekerjaan akan dilakukan. Hal ini membawa kita pada

    kesimpulan bahwa garis memaksa di mana-mana tegak lurus (atau ortogonal) ke garis ekipotensial. Hal

    ini benar karena g =-VV, artinya g tidak dapat memiliki komponen sepanjang permukaan ekipotensial

    karena V adalah konstan. Jadi setiap garis gaya harus normal terhadap permukaan ekipotensial, sebagai

    ditunjukkan pada Gambar. 10.5 (a). Kita akan menguraikan titik ini segera. Sementara itu, Gambar. 10.6

    menunjukkan garis ekipotensial yang dihasilkan dari dua massa M1 dan M2. Permukaan ekipotensial

    dalam kasus ini

    didefinisikan oleh persamaan

    Pertimbangkan massa di titik P dan biarkan dipindahkan a ds jarak. Perubahan yang poten-

    energi esensial, yang sama dengan kerja yang dilakukan, diberikan oleh

    dimana F s adalah komponen gaya dalam arah ds perpindahan. Persamaan (10.36)

    dapat ditulis sebagai

    Persamaan ini menyatakan bahwa komponen F segala arah adalah sama dengan tingkat negatif

    perubahan energi potensial dengan jarak ke arah itu. Sisi kanan persamaan. (I0.37) disebut turunan

    directional karena nilainya akan tergantung pada arah ds relatif terhadap F. Untuk Misalnya,

    mempertimbangkan dua garis energi ekuipotensial U0 dan U0 + AU atau dua baris ekipotensial V0 dan

    V0 + AV, seperti ditunjukkan pada Gambar. 10.7. Jika kita bergerak bentuk P ke Q, yang pada sama

    equipoten- garis esensial, dU / ds akan menjadi nol. Tetapi jika kita bergerak dari P ke R?, R2, atau R

    pada ekuipotensial yang berbeda line, dU / ds akan berbeda untuk jalan yang berbeda, sehingga dU /

    ds> dU / ds?, dU/ds2, .... dalam hal ini kasus, dU / ds maksimum ketika ds adalah terpendek dan

    karenanya tegak lurus terhadap ekuipotensial baris pada saat itu. The arah tertentu yang dU / ds

    maksimum dalam arah

    Berikut adalah grafik garis potensial gravitasi (hanya tiga yang ditampilkan ditarik)

    karena dua massa yang tidak sama dekatnya terletak di pusat lingkaran (tidak ditampilkan).

    Garis medan gaya, tidak ditampilkan, tegak lurus terhadap garis potensial di setiap titik.

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    12/21

    garis gaya, dan besarnya maksimum dU / ds adalah besarnya gaya vektor pada saat itu

    titik. Nilai maksimum dari dU / ds dan arahnya disebut gradien dari energi potensial dan sama dengan

    gaya F, yaitu,

    Karena F = mg dan U = mV, kita dapat menulis

    Perhitungan gravitasi Force dan gravitasi Potensi 399

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    13/21

    Gambar 10,7 Gradient dari energi potensial. Besarnya gradien

    AU / As.

    10,5 PERHITUNGAN OF gaya gravitasi DAN

    potensial gravitasi

    Kita akan mulai dengan menghitung gaya gravitasi antara kulit bola seragam massa

    M dan m massa titik. Kami akan menunjukkan bahwa setiap kulit bola dapat diperlakukan sebagai massatitik lo-

    berdedikasi di pusat shell. Sebenarnya, hal ini berlaku untuk setiap seragam berbentuk sebuah bola yang

    simetris dis-

    tribution materi. Dalam setiap situasi ini, bukan menghitung gaya (yang merupakan vektor

    kuantitas), lebih mudah untuk menghitung potensial gravitasi (yang merupakan besaran skalar). setelah

    potensial gravitasi diketahui, gaya gravitasi dapat dihitung dari itu. Kami akan elab-

    berpidato pada kedua prosedur ini.

    bulat Shell

    Pertimbangkan shell seragam tipis massa M dan jari-jari R, seperti ditunjukkan pada Gambar. 10.8.

    Sebuah partikel massa

    m ditempatkan di luar shell di titik P jarak r (r> R) dari pusat shell. kami

    membagi shell ke sejumlah besar cincin melingkar seperti yang ditunjukkan dalam gambar berbayang.

    Kita dapat menghitung kekuatan antara satu dari cincin dan massa m dan kemudian jumlah lebih dari

    semua

    cincin. Seperti terlihat pada gambar, lebar cincin berbayang adalah R dO, sedangkan jari-jari cincin

    adalah R sin 0. Lingkar cincin adalah 2? RR sin 0, sedangkan dA daerah strip melingkar atau

    cincin berbayang adalah

    Jika o-adalah densitas per satuan luas bahan shell, maka massa dari seluruh bola

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    14/21

    Shell

    sedangkan massa dm dari cincin diarsir adalah

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    15/21

    Gambar 10.8 gaya gravitasi antara massa m titik dan kulit bola dari

    M massa dan jari-jari R.

    Titik Q, atau tempat lain pada cincin teduh, adalah di s jarak yang sama dari titik massa m

    di P. kekuatan DF i pada m karena ada bagian kecil dari cincin ini, seperti di Q, mengarah ke yang

    Bagian [lihat Gambar. 10.8 (b)]. Gaya ini dapat diselesaikan menjadi transversal komponen DFI dosa d?.

    yang tegak lurus terhadap PO, dan komponen lain DFI cos &, yang sejajar dengan PO. karena

    dengan simetri situasi, semua komponen melintang akibat mengingatSeluruh cincin menambahkan

    hingga nol, sedangkan komponen gaya sejajar dengan PO karena seluruh cincin tambahkan

    untuk memberi

    atau, menggantikan DM, kita harus

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    16/21

    Sec. 10.5 Perhitungan gravitasi Force dan 401 Potensi gravitasi

    Kekuatan karena seluruh shell

    Dari segitiga OPQ, dengan menggunakan hukum cosinus, kita memperoleh

    Sejak r dan R adalah konstanta, hasil panen diferensiasi

    dan, sama, dari segitiga OPQ yang sama, kita memperoleh

    Menggantikan dosa 0 dO dan cos & dari Pers. (10.47) dan (10.48) ke dalam Pers. (10,45) dan mengubah

    batas-batas dengan menggunakan Persamaan. (10.46) dari 0 ---> rr ke r - R -> r + R, kita memperoleh

    yang pada hasil integrasi

    Dalam notasi vektor, ini dapat ditulis sebagai

    di mana cemara adalah vektor satuan radial dari titik asal O. Hasil ini menunjukkan bahwa kulit bola

    seragam bertindak seolah-olah seluruh massa shell terkonsentrasi di pusat. Sebuah seragam padattubuh

    bulat dapat diasumsikan terdiri dari sejumlah besar cangkang konsentris. Setiap kulit

    mungkindiperlakukan seolah-olah massanya terkonsentrasi pada pusat, maka massa seluruh lingkup

    mungkindiasumsikan di pusat.

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    17/21

    402 gravitasi Force dan Potensi Chap. 10

    Untuk menghitung gaya pada massa m titik ditempatkan dalam shell, semua kita harus lakukan adalah

    mengubah

    batas bawah r - R ke R - r dan batas atas r + R ke R + r. Mengintegrasikan persamaan. (10.49) dengan

    batas yang sesuai adalah

    Harus diingat bahwa hasil ini (untuk r

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    18/21

    Berikut adalah grafik dari variasi

    di g (r) dan V (r) terhadap r dalam kasus

    dari kulit bola.

    ? Karena variasi yang besar dalam

    nilai G, M, dan R, membagi mereka dengan

    angka tepat untuk membuat grafik

    mudah untuk menafsirkan.)

    x dan y digunakan untuk menggambar

    permukaan bola atau lingkaran

    permukaan dalam dua dimensi.

    v1

    Ekspresi memberikan nilai-nilai

    g dan V dalam dan di luar

    sphere.

    (a) Jelaskan variasi dalam nilai-nilai g dan V untuk nilai r yang diberikan di atas.

    (b) Karena max (V) = 0 dan max (g) = 0, apa variasi dalam V dan g artinya?

    Dari segitiga OPQ pada Gambar. 10.8, kita memperoleh

    Membedakan, sambil mengingat bahwa r dan R adalah konstanta, dan menata ulang, kita mendapatkan

    Mengganti dalam Pers. (10,58) hasil

    Batas-batas integrasi akan tergantung pada posisi m massa titik, seperti yang dibahas selanjutnya.

    Kasus (i) r> R: Artinya, massa m titik P berada di luar shell. Seperti sebelumnya, lim-

    0 nya ->, r mengubah Sram = r - R -> Smax - r + R. Jadi

    Artinya, energi potensial bervariasi sebagai I / r, sementara

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    19/21

    Kita juga bisa menulis

    Kasus (ii) r - berubah menjadi Sm, R = -? r ---> Smax = R + r. demikian

    Artinya, potensi dalam shell adalah konstan, sementara

    seperti yang diharapkan. Kita juga bisa menulis

    Hasil ini Gbr. 10.9, seperti yang sudah disebutkan.

    Sphere padat

    Hasil yang diperoleh untuk kulit bola dapat diperpanjang bola yang solid. Satu-satunya persyaratan

    pemerintah adalah bahwa distribusi materi, yaitu, kepadatan, menjadi bola simetris. lebih lanjut-

    lagi, masalahnya menjadi sederhana jika kerapatan adalah seragam.

    Kasus (i) r> R: Artinya, massa m berada pada r luar lingkup solid massa M dan jari-jari R.

    Bola dapat dibagi menjadi sejumlah besar kerang, masing-masing berperilaku seolah-olah massa

    shell terkonsentrasi di pusat. Independen variasi kepadatan dengan jarak radial

    (yaitu, simetris tetapi tidak harus seragam), seperti dalam kasus shell, kita memperoleh

    Grafik V (r) dan g (r) ditunjukkan pada Gambar. 10.10.

    Kasus (ii) r

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    20/21

    menggambar kerang bulat. Semua kerang yang berada di luar bola berjari-jari r memberikan kontribusi

    nol

    untuk memaksa, sedangkan kerang dalam r berkontribusi untuk memaksa. Untuk kenyamanan, mari kita

    asumsikan bahwa

    density adalah seragam, yaitu bola homogen. Fraksi massa terkandung

    dalam r

    (lihat Gambar. 10.11) di mana p adalah densitas materi. Dengan demikian massa terkonsentrasi di pusat

    adalah Mr3 / R 3. Oleh karena itu berlaku pada r diberikan oleh

    Berikut adalah grafik dari V (r) dan g (r)

    dibandingkan r karena homogen padat

    bola berjari-jari R dan M. massa

    Sebelum grafik, kami membagi

    konstanta oleh kekuatan-kekuatan yang tepat

    dari 10 untuk membuat grafik lebih mudah

    untuk menafsirkan.

    Grafik y vs x memberikan lingkaran.

    a. Bagaimana menurut Anda plot untuk F akan berbeda dari ini? Jelaskan.b. Menjelaskan variasi dalam nilai-nilai g dan V.

    Energi potensial U (r) dari massa dalam bola dapat dihitung dengan menggunakan

    Persamaan. (10.72). Untuk r

  • 7/27/2019 mekanika . gravitasi

    21/21