Raskusjõud, kaal ja kaalutus
Raskusjõud

Meie jaoks on eriline muidugi see gravitatsioonijõud, millega Maa tõmbab kõiki seda ümbritsevaid kehi. Tänu sellele jõule kukuvad kõik kehad alla Maa keskpunkti poole ja on tõstmisel rasked. Tegemist on meile tuttava raskusjõuga. Raskusjõud pole iseloomulik mitte ainult Maale, vaid ilmneb tugevamalt või nõrgemalt kõikidel taevakehadel. Raskusjõuks nimetatakse gravitatsioonijõudu, millega Maa või mis tahes muu taevakeha tõmbab enda poole selle lähedal asuvaid kehi.

Raskusjõu saame leida gravitatsiooniseadusest (1.13 ). Võttes ühe keha massiks Maa massi ning vahekauguseks Maa raadiuse , tuleb maapinnal asuvale kehale massiga mõjuvaks raskusjõuks

(1.19)

Kui suure kiirenduse see jõud kehale annab? Kasutame Newtoni II seadust (1.2 ):

ehk

(1.21)

Et Maa mass on 5,98·1024 kg ja raadius 6370 km = 6,37·106 m, annavad arvutused

Raskusjõud F = mg

See kiirenduse väärtus on meile tuttav kui vaba langemise kiirendus. Vaba langemise kiirendust nimetatakse veel raskus- ehk gravitatsioonikiirenduseks. Viimasest ongi tulnud tähis .

Teades nüüd, et vabalt langeva keha kiirendus on , saame Newtoni II seadusest seda kiirendust tekitava jõu ehk raskusjõu arvutamiseks lihtsa valemi:

See raskusjõud on suunatud Maa keskpunkti ega ole seepärast Maa kõigis punktides samasuunaline.

Kõrguse kasvades raskuskiirendus väheneb, sest valemis (1.21 ) tuleb Maa raadiusele liita ka kõrgus maapinnast h:

Kõrguse kasvades raskusjõud väheneb.

Kuna raskuskiirenduse vähenemine muutub märgatavaks alles 100 km kõrgusel, mida loetakse kokkuleppeliselt kosmose piiriks, siis on tavaelus mugavam kasutada nn lapiku Maa mudelit (midagi antiikaegse ettekujutuse sarnast). Selle mudeli puhul mõjub kõikidele Maa-lähedastele kehadele vertikaalselt alla suunatud raskusjõud, mis kõrgusest ei sõltu.

Kaal ja kaalutus

Tänu gravitatsioonile mõjutab keha oma alust või riputusvahendit, mis takistab keha liikumist Maa keskpunkti poole. Seda jõudu, millega keha Maa külgetõmbe tõttu mõjub alusele, keskkonnale või riputusvahendile, nimetatakse keha kaaluks. Kaalu tähis käesolevas kursuses on ning mõõtühik 1 N (mitte igapäevasele kõnepruugile vastavalt 1 kg, kuna tegemist pole massiga!).

Kaal on jõud, millega keha mõjutab alust või riputusvahendit.

Kui alus või riputusvahend on paigal või liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt, on keha kaal võrdne raskusjõuga. Kui alus liigub vertikaalsuunalise kiirendusega, siis kaal enam raskusjõuga võrdne pole. Kaal sõltub kiirendusest.

Kui alus liigub kiirendusega üles, peab see kehale kiirenduse andmiseks rakendama lisajõudu. Kaal on sel juhul raskusjõust suurem ja öeldakse, et tegemist on ülekoormusega:

Kiirendusega alla liikumisel on vastupidi. Tegemist on alakoormusega:

Kaalu sõltuvust kiirendusest võime tajuda liftis. Tõusu alguses tunneme ülekoormust ja lõpus alakoormust.

Ülaltoodut arvestades saab kaalu seost kiirendusega väljendada ühe kokkuvõtva valemiga:

(1.18)

Vabalt langevad kehad on kaaluta olekus.

Kui aga alus või riputusvahend üldse eemaldada, siis kaob ka keha mõju sellele. Kui pole mõju alusele või riputusvahendile, ei saa olla ka kaalu ning tegemist on kaalutuse ehk kaaluta olekuga. Kõik vabalt langevad kehad on kaaluta olekus.

Kaalu ja raskusjõudu ei tohi samastada, sest need jõud mõjuvad eri kehadele. Keha kaal mõjub alusele või riputusvahendile ja on olemuselt elastsusjõud. Raskusjõud on olemuselt gravitatsioonijõud, mis mõjub kehale endale. Need on täiesti erinevad jõud.

Summary

Raskusjõud

Raskusjõuks nimetatakse gravitatsioonijõudu, millega Maa või mis tahes muu taevakeha tõmbab enda poole selle lähedal asuvaid kehi.

Raskuskiirendus

Gravitatsioonijõu mõjul vabalt langemise kiirendust nimetatakse raskus- ehk gravitatsioonikiirenduseks.

Weight

Seda jõudu, millega keha Maa külgetõmbe tõttu mõjub alusele, keskkonnale või riputusvahendile, nimetatakse keha kaaluks.

Kaalutus

Kui pole mõju alusele või riputusvahendile, ei saa olla ka kaalu ning tegemist on kaalutuse ehk kaaluta olekuga.

Control questions
Kui suur raskusjõud mõjub 32 kg massiga sangpommile?
Kui suur on vaba langemise kiirendus 1000 km kõrgusel?
Kui kõrgel on raskusjõud kaks korda väiksem kui maapinnal?
Arvuta vaba langemise kiirendus Kuu pinnal. Kuu mass on 7,3·1022 kg ja raadius 1700 km. Kui suur raskusjõud Sinule Kuu pinnal mõjuks.
Arvuta enda kaal liftis, mis liigub a) ühtlaselt üles kiirendusega 0,2 m/s2; b) alla kiirendusega 0,5 m/s2.
Kui suur on Kuu kaal?
Additional materialsAdditional tasks