Hvordan beregner man planeters tyngdekraft?

tirsdag 11. aug 2009 kl. 08:45

Morten Thomassen vil gerne vide, hvordan man regner tyngdekraften ud på en planet:

"Hvordan beregnes tyngdekraften på en planets overflade?
Er den afhængig af planetens størrelse, rumfang, masse eller de stoffer den indeholder?"

Seniorforsker på DTU Space, Hans Ulrik Nørgaard Nielsen, svarer:

"Hvis vi anbringer en masse M i et punkt, vil tyngdekraften F omkring det være givet ved Newtons' gravitationslov:

F = G * M / R^2,

hvor R er afstanden fra punktet og G er gravitationskonstanten.

For en planet, som jo ikke er en punktkilde, er situationen lidt mere kompliceret.

Men hvis vi antager at planeten er en kugle med en konstant tæthed hele vejen igennem, så vil tyngdenkraften fra overfladen og udefter følge Newton's lov, som om hele massen var anbragt i centret af planeten. Men planeter er naturligvis ikke nogle ideele kugler.

På Jorden f.eks. betyder fladtrykningen, at tyngdkraften er lidt større på Nordpolen end på Ækvator.

Man kan også få informationer om, om der findes områder i de øverste lag af Jorden med tætheder forskellig fra middeltætheden ved at observere de meget små variationer af tyngdekraften, som de vil give anledning til."

Spørg Scientariet er redigeret af Julian Henlov, juh@ing.dk.



11. aug 2009 kl 10:50

Thorkild Pedersen

Tyngdekraft for en ideel kugle.

Tyngdekraften på overfladen af en ideel kugle må vel blive resultatet af et rumintegrale over kuglen?


11. aug 2009 kl 11:14

Ivar Nielsen

Alternative tyngdekraft-teorier?

En "gravitationskonstant" som anvendes på ikke konstante og uhomogene forhold?

Lyder ikke særlig videnskabligt stabilt!?

Findes der alternative tyngdekraft-teorier til Newtons og Einsteins?


11. aug 2009 kl 12:00

Bjarke Dalslet

Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Tyngdekraften på overfladen af en ideel kugle må vel blive resultatet af et rumintegrale over kuglen?

Jeps - og det rumintegrale er ens uanset hvor massen er anbragt i kuglen så længe det er anbragt kuglesymmetrisk (Gauss lov).


11. aug 2009 kl 12:20

Claus Vind

Ikke forstået?

svaret "F = G * M / R^2" er da en acceleration?

F= G* M1 * M2/R^2 er den klassiske formulering (M1 er planetens masse, M2 er det kraftpåvirkede legemes masse), som også inkluderer at kraften afhænger af begge involverede masser.

Den oprindelige formulering af spørgsmålet er en lille smule forkert, det burde være "Hvordan beregner man planeters tyngdeacceleration?"

Venlig hilsen

Claus


11. aug 2009 kl 17:22

Henning Max Hansen

Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Tyngdekraften på overfladen af en ideel kugle må vel blive resultatet af et rumintegrale over kuglen?

Heldigvis giver integralet det samme, som når hele massen er placeret i tyngdepunktet, der også ligger i den ideelle kugles centrum.


11. aug 2009 kl 19:10

mikael wendt

...

til alle sammen: i gir kun halvdelen er svaret,

for det første kan man ikke snakke om tyngdekraften af en planet, med mindre man også ved hvad den trækker i, derfor er det man vil finde tyngeaccelerationen, (som på jorden er ca. 9.82N/kg.)

vi skal som sagt have fat i

F = G * M / R^2,

G kender vi da den er universel,
R kan vi finde via observationer,
men M er os ukendt.

Selvom vi observere planeten i alle mulige spektre kan vi kun se hvilke stoffer der er på dens overflade, og altså ikke i dens kerne.

Måden man udregner denne på er derfor ved at kigge på hvordan andre nærfarrene objekter ændrer deres baner omkring planeten, her tales om måner, kometer og sågar planetens stjerne.
Ud fra disse observationen kan man så udregne masse og derved tyngde acc.


11. aug 2009 kl 20:15

Henning Max Hansen

Re: ...

til alle sammen: i gir kun halvdelen er svaret

OK. Hvis hele svaret skal gives må det også fortælles hvordan man har fundet Newtons konstant G for massetiltrækning.
For ellers er det næste spørgsmål: "Hvordan finder man en planets masse?"
Vi ved at en masse accellererer hvis den påvirkes af en kraft.
a=F/M.
Vi kan måle accelerationen a af en planet.
Den er a=2*Pi*R/T
hvor Pi er 3,14159, R er afstanden mellem solen og planeten og T er tiden i sekunder planeten er om en omgang om Solen.
Vi kan altså finde forholdet F/M, men kender ikke hverken kraften F eller massen M.
Sådan var det indtil Henry Cavendish (1731-1810) bestemte værdien af G eksperimentelt ved måling af massetiltrækningen mellem blykugler.
En forklaring af eksperimentet findes her: http://www1999215.thinkquest.d...html


11. aug 2009 kl 21:10

Frits Knudsen

Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Uden at have indsigt i den højere matematik må jeg tænke: "Kan det nu også passe?" Hvis hele massen er anbragt i planetens tyngdepunkt trækker den mig i én retning. Hvis derimod hele massen er anbragt i overfladen, vil den trække mig mere eller mindre i alle de retninger, der ligger under horizonten. Summen af de kræfter, der trækker nedad må da være mindre.
Noget andet er, at en genstand, der kredser om den tænkte klode i en ikke ubetydelig afstand, vil behøve nogenlunde den samme hastighed for at holde sig i kredsløb.


11. aug 2009 kl 21:28

Morten Thomassen

Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Tak for venlige svar til en ikke naturvidenskabelig fagmand :-)
@mikael Wendt:
Tak for betragtning omkring den ubekendte "M". det var faktisk den problematik jeg var ude efter. Man aner ikke hvad planeten indeholder.

@Fritz Knudsen:
Tror du har ret i din betragtning, men det er vel en teoretisk problemstilling hvis vi antager at planeter er flydende når de dannes og at de tungeste stoffer derfor naturligt vil placere sig i kuglens centrum?


11. aug 2009 kl 21:50

Bjarke Dalslet

Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Hvis derimod hele massen er anbragt i overfladen, vil den trække mig mere eller mindre i alle de retninger, der ligger under horizonten. Summen af de kræfter, der trækker nedad må da være mindre.

Det er rigtigt at man trækkes i fra flere retninger hvis massen ligger i overfladen, men til gengæld vil man også være meget tæt på noget af massen, der derved trækker kraftigere. Regner man efter, viser det sig - noget pudsigt - at så længe massen er placeret kuglesymmetrisk er kraften den samme uanset hvor langt fra centrum den er koncentreret.


11. aug 2009 kl 21:50

Jakob Bruun Hansen

Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Frits og Morten: Den er faktisk god nok: Hvis der er kuglesymmetri giver det det samme resultat som en punktmasse. Det er et centralt resultat i den klassiske mekanik.

På en planet med al massen i overfladen, bliver kraften ikke mindre, som man måske umiddelbart kan tro, idet den del af planeten, der er "tæt på", tiltrækker tilsvarende mere. Husk på, at kraften aftager med kvadratet på afstanden.


11. aug 2009 kl 22:09

Svend Ferdinandsen

Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Det var faktisk igen en slags ikke-svar fra en ekspert. Hans Ulrik fortæller en masse om masse tiltrækning, men ikke det som jeg egentlig ser som spørgsmålet: Hvordan kan man komme frem til massen af planeten og også dens radius. Radius kan måske måles, men massen er besværlig.
Det enkleste er, hvis planeten har en måne, så kan man ud fra dens bane finde planetens masse, men for planeter uden måner kunne jeg godt ønske en forklaring.
Venligst tag dette op.


11. aug 2009 kl 22:19

avatar

Poul-Henning Kamp

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Hvordan kan man komme frem til massen af planeten og også dens radius.

Massen kan man udregne udfra solens masse og baneparametrene for planeten.

Radius kan man måle når planeten passerer foran en klar stjerne, ved at måle hvor lang tid stjernes lys slukkes.

Poul-Henning


11. aug 2009 kl 22:21

Henning Max Hansen

Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Uden at have indsigt i den højere matematik må jeg tænke: "Kan det nu også passe?"

Det er lidt besværligt uden matematik, men vi kan begynde med ordet tyngdepunkt. Det er det punkt der virker som om tyngden var placeret der.
Jeg bliver nødt til at afstå fra beviset, men jeg kan komme med en interessant oplysning.
Så længe du er uden for overfladen i din tænkte klode så virker tyngdekraften som om al massen er placeret i centrum. Men er du under overfladen er der ingen tyngdekraft i nogen retning ligegyldigt hvor du befinder dig inden i kloden. Hvis du indefra ser på den invendige side af kloden gennem et elektrikerrør så du kun kan se et lille udsnit. Så vil arealet af det du ser på være afhængig af afstanden. Fordobler du afstanden firedobler du arealet og dermed den masse arealet har. Men samtidigt formindskes tyngdekraften fra den del fire gange på grund af afstanden. Så uanset hvor du kigger hen vil der være en tilsvarende tyngdekraft fra den del af kloden der er i den modsatte retning. Altså du vil ikke mærke nogen tyngdekraft, men svæve som i det tomme rum.


11. aug 2009 kl 22:48

avatar

Poul-Henning Kamp

Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Det er faktisk ikke en særlig slem udregning, så længe man forudsætter en homogen kugle.

Det kræver blot et 3D integrale af en kugleskals tyngdepåvirkning af et vilkårligt punkt inde i kugleskallen.

Hvis man laver sig et par symmetribetragtninger reduceres problemet betragteligt i komplexitet.

En glimrende øvelse i programmering af numerisk integration forresten.

Resultatet kan udtrykkes meget præcist som:

En partikel inde i en kugleskal af homogen massefylde, vil ikke påvirkes af nogen tyngdekraft derfra.

Poul-Henning


12. aug 2009 kl 00:03

Louis Nielsen

Jordens radius kendt i oldtiden

-- Geometri – Jordens udmåling --
Allerede i oldtiden kunne man ved målinger og cirkel-beregninger bestemme Jordens omkreds og dermed Jordens radius.
Hermed lidt geometri-historie.

-- Euklid, Eratosthenes og Hipparchos --
Grundlaget for en opmåling og kortlægning af Jorden var den geometri, dvs. måling af Jorden, som blev udviklet af den græske matematiker Euklid (330-275 f.v.t.), som fungerede i oldtidens videnscenter i Alexandria.

Euklids geometri blev anvendt af den græske videnskabsmand Eratosthenes fra Kyrene (275-194 f. v.t.). Eratosthenes var den første, der ved målinger og beregninger bestemte Jordens omkreds med en nøjagtighed, der ikke afviger meget fra den korrekte.

Eratosthenes fremstillede også et lokal-geografisk kort bestående af længdecirkler og breddecirkler.
Eratosthenes blev år 246 f.v.t., af den Egyptiske konge Ptolemaios III (284-221 f.v.t.) (konge 246 f. v.t. til 221 f.v.t.), udnævnt til kongelig bibliotekar ved Egyptens berømte bibliotek i Alexandria.

Astronomen Hipparchos fra Nikæa (o.160-125 f.v.t.) var den første, der forslog at angive et bestemt steds koordinater på jordkloden ved hjælp af breddegrader og længdegrader. Han foreslog at nul grader længdecirklen, nul-meridianen, skulle gå gennem Rhodos.
Med sine geometriske metoder kan Hipparchos anses for at være den sfæriske trigonometris grundlægger.

-- Eratosthenes bestemmelse af Jordens omkreds --
Eratosthenes beregnede Jordens omkreds ved, på samme tid, at måle den vinkel som solstrålerne danner med lodret på to forskellige steder langs en meridian.
Eratosthenes iagttog, at solstrålerne var lodrette i byen Syene (det nuværende Aswan) ved middagstid på sommersolhvervsdagen.
I byen Alexandria der ligger næsten på samme meridian som Syene og ca. 790 km derfra, dannede solstrålerne, på samme dag, en vinkel på 7,2 grader.
Ud fra de to målte størrelser beregnede Eratosthenes, at Jordens omkreds er ca. 39500 km, svarende til en radius af Jorden på omkring 6300 km.

Læs mere på:
http://louis.rostra.dk/andrear...html
I øvrigt:
Til Henning Max Hansen:
Accelerationen i en cirkelbevægelse beregnes ikke som du skriver!

Accelerationen a i en jævn cirkelbevægelse kan beregnes af formlen:

(1) a = (4*pi*r)/T^2

I formel (1) er pi = 3,14.. og r er cirklens radius og T er omløbs-tiden, dvs. tiden for ét omløb i cirkelbanen.

Hilsen fra
Louis Nielsen


12. aug 2009 kl 00:18

avatar

Tine Andersen

Re: Jordens radius kendt i oldtiden

Så hut jeg visker så beregnede Erasthones jordens omkreds udfra en brønd og en ukendt måle-enhed, som hvis man sjusser og regner bagud er nøjagtig.

Jvf Pratchett, Cohen og Stewart- var den et gæt. Da vi ikke kender enheden- måske måske ikke- et godt gæt. Min kilde: "The Science of Discworld"- som stadig er en ret morsom populærvidenskabelig historie. Alle bør læse den- især deres teori om "make a human" kittet. Der er to bøger mere- og er man god til matematik, bør man læse dem- den tredje er mest mod kreationisme- og det er faktisk i den, de kommer mest ind på begrebet science- og de gamle grækere.

Mvh
Tine


12. aug 2009 kl 00:22

avatar

Tine Andersen


12. aug 2009 kl 01:35

Louis Nielsen

Re: Jordens radius kendt i oldtiden

Hej Tine,
Angående længde-enheden ’et stadie’.
Eratosthenes målte afstande i enheden 'stadie'. Hvor mange meter 'et stadie' er, hersker der nogen uenighed om.
Men, 'et stadie' menes at være lig med ca. 158 meter. (Sammenlign med længden af et stadion).

Da afstanden mellem Syene og Alexandria blev ’skridtet af’ til ca. 5000 stadier svarer dette til ca. 790 km.

Hilsen fra
Louis Nielsen


12. aug 2009 kl 07:22

Henning Max Hansen

Re: Jordens radius kendt i oldtiden

I øvrigt:
Til Henning Max Hansen:
Accelerationen i en cirkelbevægelse beregnes ikke som du skriver!

Accelerationen a i en jævn cirkelbevægelse kan beregnes af formlen:

(1) a = (4*pi*r)/T^2

I formel (1) er pi = 3,14.. og r er cirklens radius og T er omløbs-tiden, dvs. tiden for ét omløb i cirkelbanen.

Luis Nilsen
Ja vi er begge er forkert på den, jeg kom til at skrive R i stedet for V og du har også flyttet lidt rundt.
Nu har jeg gjort mig umage, så jeg håber det her er rigtigt.
a=(V^2)/R=(2*Pi/T)*V=((2*Pi/T)^2)*R


12. aug 2009 kl 08:54

Jørgen Jakobsen

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Hvordan kan man komme frem til massen af planeten og også dens radius.

Massen kan man udregne udfra solens masse og baneparametrene for planeten.

Radius kan man måle når planeten passerer foran en klar stjerne, ved at måle hvor lang tid stjernes lys slukkes.

Poul-Henning

Og hvilke baneparametre har vi Poul-Henning?

I min fysikbog står der.
Citat: Det er også bemærkelsesværdigt, at planetens masse udgår af liningen, dvs, man kan ikke bestemme planeternes masser ved at studere deres omløbstider. Citat slut.

Mvh. Jørgen


12. aug 2009 kl 09:11

Ivar Nielsen

Hvorfor så svært?

Som ikke matematiker undrer jeg mig over at en masse kloge hoveder ikke kan blive enige om hvordan tyngdekraften virker - hvorfor er det så svært for Jer at blive enige?


12. aug 2009 kl 09:22

avatar

Poul-Henning Kamp

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.


I min fysikbog står der.
Citat: Det er også bemærkelsesværdigt, at planetens masse udgår af liningen, dvs, man kan ikke bestemme planeternes masser ved at studere deres omløbstider. Citat slut.

Jeg sagde baneparametre, ikke omløbstid.

Hvis du kender solens masse, kan du udregne planeternes masse ved at se hvor meget de forstyrrer hinandens teoretiske omløb.

Neptun blev decideret opdaget/fundet på den måde.

Poul-Henning


12. aug 2009 kl 11:12

Ricki Gregersen

Nordpolen vs. ækvator

Hvis jeg står på nordpolen(vinkelret), har jeg så ikke mindre masse direkte under mine fødder end hvis jeg står på ækvator? og burde tyngdekraften på Nordpolen så ikke være mindre end ved ækvator?


12. aug 2009 kl 11:50

avatar

Michael Nielsen

Re: Nordpolen vs. ækvator

Jo jorden er jo ikke en perfekt kugle, og tyngdekraften er forskellig. Her i Danmark er tyngdeaccelerationen 9.82 m/s^2, mens den er 9.81 m/s^2 ved ækvator.

Mht. at finde en planets tyngdeacceleration - hvis man kan finde den udfra afstand til sol/måne - så skal man jo vide disses masser.... Hvordan ved man en månes/sols masse? ;)


12. aug 2009 kl 11:59

Louis Nielsen

Jævn cirkelbevægelse

Henning Max,
Ja, din seneste udledning af accelerationen i en jævn cirkelbevægelse er korrekt.

Hermed lidt repetition.

-- Acceleration og fart i en jævn cirkelbevægelse --
Accelerationen a i en jævn cirkelbevægelse med radius r og omløbs-tiden T kan beregnes af formlen:

(1) a = (4*pi^2*r)/T^2

Ja, tallet pi skal i anden potens. (Det gik lidt for hurtigt, da jeg skrev det i nat).

Accelerationen kan også beregnes af følgende formel:

(2) a = (v^2)/r

I (2) er v farten (den numeriske værdi af hastigheden) i cirkelbevægelsen. Farten v er givet ved:

(3) v = (2*pi*r)/T

I formel (3) angiver tælleren cirklens omkreds, der er lig med den tilbagelagte vejstrækning i løbet af tidsforløbet T, der definerer omløbstiden.
Ved benyttelse af (3) i (2) fås (1) umiddelbart.

Formlerne (1), (2) og (3) gælder kun for objekter der bevæger sig i cirkelbaner med konstant fart.
(Hastighed er en størrelse, hvor man skal angive både talværdi (fart) og øjeblikkelig retning.

-- Den virkelige verden mere kompliceret --
Planeterne i solsystemet bevæger sig i ikke konstante ellipsebaner, der ikke ligger fast i rummet. En given planet er påvirket af gravitationskræfterne fra både Solen og alle andre masse-dele i solsystemet.

Hilsen fra
Louis Nielsen


12. aug 2009 kl 12:06

Louis Nielsen

Opdagelsen af Neptun

Som nævnt af Poul-Henning blev planeten Neptun opdaget ved benyttelse af Newtons teori om kræfter og bevægelser.

Hermed lidt om Neptuns opdagelse.

-- Uranus opdaget i 1781 --
Planeten Uranus blev opdaget den 13. marts 1781 af den tysk-engelske astronom Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822). Opdagelsen blev gjort ved hjælp af en stor spejlkikkert, han selv havde bygget.

-- Uranus’ bevægelse --
I løbet af de følgende årtier blev bevægelsen af Uranus detaljeret observeret, og dens bane omkring Solen blev teoretisk beregnet ved brug af Newtons bevægelsesformler og gravitations-loven. Efterhånden som årtierne gik, viste der sig at blive mere og mere uoverensstemmelse mellem den teoretisk beregnede bane og den faktisk observerede bane, som Uranus bevæger sig i. Forklaringen på denne forskel mellem teori og virkelighed kunne være eksistensen af en endnu ikke opdaget planet, der befandt sig længere væk end Uranus.

-- Le Verrier og Adams --
De to astronomer John Couch Adams (1819-1892) fra England og Jean Joseph Le Verrier (1811-1877) fra Frankrig troede på hypotesen om en ukendt planet uden for Uranus' bane. En sådan planet ville have en tyngdekraftvirkning på Uranus, og dette havde man ikke taget hensyn til i de teoretiske beregninger. I første halvdel af 1840’erne foretog disse to forskere meget indviklede og omfattende matematiske beregninger, hvor de beregnede den masse og den bane, som den endnu ukendte planet måtte bevæge sig i.

-- Opdagelsen af planeten Neptun --
Det var Adams, der kom først med beregningerne, men de engelske astronomer tog dem ikke alvorligt. Le Verrier sendte derimod et brev til den tyske astronom Johann Gottfried Galle (1812-1910), der var assistent ved Berlins Observatorium. I dette brev, som Galle modtog den 23. september 1846, havde Le Verrier angivet, hvorhen man skulle rette den astronomiske kikkert for - om muligt - at opdage en ukendt planet. Samme aften rettede Galle og studenten Louis Heinrich d'Arrest (1822-1875) (der fra 1857 blev leder af observatoriet på Rundetårn, og fra 1861 til 1875 af det nybyggede Observatorium på Øster Vold) observatoriets 9 tommer Fraunhofer-linsekikkert mod det område, som Le Verrier havde angivet. Og ganske rigtigt! Den ottende planet i vort solsystem var blevet opdaget. Dens navn blev Neptun, opkaldt efter Jupiters broder, den store havgud. Det blev således Le Verrier, der i første omgang fik æren for at have forudberegnet eksistensen af en endnu ukendt planet.
Næsten samme problemstilling gentog sig, da planeten Pluto blev opdaget i 1930.

-- Triumf for Naturvidenskaben og menneskets intellekt! --
Opdagelsen af Neptun var en stor triumf for den Newtonske mekanik.
Og en triumf for den teoretiske fysik og astronomi, og dermed menneskets intellekt!

Hilsen fra
Louis Nielsen



12. aug 2009 kl 12:59

Claus Nielsen

Re: Nordpolen vs. ækvator

Hej Ricki

Din slutning er meget intuitiv men forkert.

Selvom der på nordpolen er mindre af jorden der er direkte under dig er du nemlig tættere på alle de andre dele af jorden ude til siderne der også trækker i dig.

I det samlede regnskab betyder delene ude til siden mere end det der er lige under dig (der er meget mere jord ude til siderne end direkte under dig) og tyngdeaccelerationen er derfor større ved havoverfladen på nordpolen end den er ved havoverfladen på ækvator.

Hvis du derimod kravler op i et tilstrækkelig højt tårn på en af polerne (nok mest realistisk på sydpolen) således at du er i en afstand fra jordens centrum som svarer til den afstand du ville have haft ved havoverfladen på ækvator, har du måske ret i din antagelse.

Men så kommer alle de andre usikkerheder såsom jordens rotation, uhomogen massefordeling i jorden mm. ind og komplicerer det hele.

mvh.
Claus


12. aug 2009 kl 13:35

avatar

Poul-Henning Kamp

Re: Nordpolen vs. ækvator

Hvis jeg står på nordpolen(vinkelret), har jeg så ikke mindre masse direkte under mine fødder end hvis jeg står på ækvator? og burde tyngdekraften på Nordpolen så ikke være mindre end ved ækvator?

Jeg kan ikke lige svare på det konkrete spørgsmål, men tyngdekraften svinger geografisk over hele jordkloden.

Se f.eks:

http://news.bbc.co.uk/2/hi/sci....stm


I Danmark svinger den imellem 9.81 og 9.82 m/s^2 så vidt jeg husker.

Poul-Henning


13. aug 2009 kl 21:51

Svend Ferdinandsen

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Jeg sagde baneparametre, ikke omløbstid.

Hvis du kender solens masse, kan du udregne planeternes masse ved at se hvor meget de forstyrrer hinandens teoretiske omløb.

Neptun blev decideret opdaget/fundet på den måde.

Poul-Henning

Jeg mener stadig, at du får flere variabler end ligninger til at du kan bestemme en vilkårlig planets masse ud fra det du siger.
Jeg kan dog forestille mig, at man kan få en god beregning af f.eks. Månens masse ved at måle hvor meget jorden flytter sig på grund af Månen, men det er ikke let.
Hvis Månen var væsentligt mindre tror jeg det blev meget svært.


14. aug 2009 kl 00:08

Louis Nielsen

Beregning af Jordens masse

-- Simpel bestemmelse af Jordens masse --
Jordens masse M kan bestemmes ved benyttelse af Newtons gravitations-mekanik og et simpelt svingnings-forsøg med det såkaldte ’matematiske pendul’.

-- Det matematiske pendul til bestemmelse af g --
Foretag følgende forsøg:
Hæng en to-krone i en sytråd og sæt tråd med mønt i små svingninger. Mål tiden for f.eks. 10 hele svingninger. Tiden for én svingning, svingnings-tiden T, kan da beregnes.
Hvis afstanden mellem trådens ophængningspunkt og møntens tyngdepunkt er L, så gælder følgende sammenhæng mellem T, L og stedets tyngdeacceleration g: (Tabelværdi: g = 9,82 m/s^2)

(1) T = 2*pi*(L/g)^(0,5) (pi = ca.3,14)

Af formel (1) kan vi isolere tyngdeaccelerationen g udtrykt ved L og T:

(2) g = (4*pi^2*L)/T^2

-- Måling af g forskellige steder på Jorden --
Ved at udføre svingningsforsøg forskellige steder på Jorden og måle L og T, så kan de lokale g-værdier beregnes af formel (2).

-- Formel til beregning af Jordens masse --
Fra Newtons gravitations-mekanik haves:

(3) g = (G*M)/R^2

I formel (3) er G = 6,67*10^(-11) (N*m^2)/kg^2 Newtons gravitationskonstant, M er Jordens masse og R er Jordens radius med en talværdi omkring R = 6400 km. (Beregning af R. Se tidligere indlæg)

Fra (3) kan vi isolere M. Vi får:

(4) M = (g*R^2)/G

Ved benyttelse af (3) i (4) kan vi udtrykke Jordens masse M ved L, T, R og G. Vi får:

(5) M = (4*pi^2*L*R^2)/(G*T^2)

Jeg har udført et simpelt svingningsforsøg, hvor jeg valgte L = 0,50 m og målte T = 1,42 sek. Med disse tal og R = 6400 km indsat i formel (5) fås:

(5a) M = 6,0*10^24 kg

Den beregnede talværdi for massen M passe fint med mere nøjagtige målinger.

Ja, en simpel metode til bestemmelse af Jordens masse!

Hilsen fra
Louis Nielsen










16. aug 2009 kl 20:34

Svend Ferdinandsen

Re: Beregning af Jordens masse

Det er uden tvivl rigtigt Louis Nielsen, men nu kan vi jo ikke tage rundt til alle planeter og pendulere dem, så vi står stadig med problemet at vurdere massen af andre planeter/objekter end jorden.
Har de ikke en tilpas lille måne bliver det svært, ligesom det er svært at bestemme en lille månes masse.


17. aug 2009 kl 17:22

avatar

Lars Kristensen

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Hvordan kan man komme frem til massen af planeten og også dens radius.

Massen kan man udregne udfra solens masse og baneparametrene for planeten.

Radius kan man måle når planeten passerer foran en klar stjerne, ved at måle hvor lang tid stjernes lys slukkes.

Poul-Henning

Mon ikke det vil få en fejlmargin om planeternes masse?

Jeg tænker på, at der i Solen omdannes tonsvis af stofmasse pr. sekund til stråling og når stofmassen forsvinder forsvinder da gravitationsfeltet stofmassen repræsenterer også?

Solens stofmasse forsvinder, men forsvinder det gravitationelle kraftfelt ikke, vil Solen ren faktisk have et større gravitationelt kraftfelt end Solens stofmasse reelt selv fremstår med.

Jeg selv kan godt se for mig, at den stråling der farer af sted inde i Solens indre og som er tusinder af år om at nå ud til overfladen, indeholder den gravitationelle kraft den omdannede stofmasse faktisk indeholdt.

Den gravitationelle kraft strålingen nu indeholder, har ikke nogen masse at forholde sig til, andet end den af Solen stadigvæk eksisterende stofmasse og når strålingens gravitationelle kraft virker i forening med resten af Solens gravitationskraft, vil Solen faktisk have en for lille masse i forholdet til den gravitationelle virkning, Solen udadtil virker med.

Har man herefter sat Solens gravitationelle kraftfelt til at være ækvivalent med Solens stofmasse, vil en beregning af planeters masse og deres baner blive forkerte og Merkurs i særdeleshed.

Nu er strålingens masseløse gravitationelle kraft i Solen, ikke ren stor, i forholdet til Solens samlede stofmasses gravitationelle kraftvirkning, men den vil være stor nok til at skabe en fejlberegning i Merkurs bane. Det kan være, at Newton alligevel ikke var forkert på den, han vidste blot ikke, at Solen indeholdt en gravitationskraft, hvortil ingen masse hører, fordi den er hørende til strålingen, som der bekendt ikke har masse.

Jordens gravitationelle kraft er ækvivalent med Jordens stofmasse og må forventes at være universal for stofmasser.

Selv Solens stofmasse vil udvise den selv samme gravitationelle kraft ækvivalent, men da Solen også indeholder en x mængde stråling, hvortil der også er en gravitationel kraft hørende, vil Solens samlede gravitationelle kraft ikke være ækvivalent med dens stofmasse men derimod større og derfor ikke kunne bruges generelt som beregning af planeters masse og deres baner.

Med venlig hilsen
Lars Kristensen


17. aug 2009 kl 18:14

Ivar Nielsen

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

@Lars Kristensen,
- Det svimler lidt for mig, men det synes mig, på trods af din forklaring, at der stadig er nogle usikkerhedsmomenter?
-Vi er vel generelt enige om at der er flere gravitationelle flukturende momenter i Solen som gør, at alle målinger usikre i.e. der er ikke nogen konstant hvad solens tyngdekraft angår.
- Men det samme gør sig vel også gældende for mange planeter som er mere eller mindre flydende?
Hvis Solen mister gravitationel kraft, så må vel solsystemets planeter og måner også påvirkes af den mistede kraft? Eller hvad?


17. aug 2009 kl 21:01

Berndt Barkholz


18. aug 2009 kl 00:26

avatar

Lars Kristensen

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

@Lars Kristensen,
- Det svimler lidt for mig, men det synes mig, på trods af din forklaring, at der stadig er nogle usikkerhedsmomenter?
-Vi er vel generelt enige om at der er flere gravitationelle flukturende momenter i Solen som gør, at alle målinger usikre i.e. der er ikke nogen konstant hvad solens tyngdekraft angår.
- Men det samme gør sig vel også gældende for mange planeter som er mere eller mindre flydende?
Hvis Solen mister gravitationel kraft, så må vel solsystemets planeter og måner også påvirkes af den mistede kraft? Eller hvad?

Hej Iver,

Solen mister ikke gravitationel kraft, men har mere end dens stofmasse berettiger den til.

Hej Berndt,

hvad irriterer dig?

Med venlig hilsen
Lars Kristensen


18. aug 2009 kl 00:37

Ivar Nielsen

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tyngdekraft for en ideel kugle.

Hej Lars,
Tak for opklaringen.
Mon Bernt ikke bare lider af gamle aversioner?
Imod hvad ved jeg ikke, men han mener måske at du og jeg måske burde udveksle meninger på privat basis i stedet for at forstyrre ham med vores ubehagelige evner til at tænke selvstændige tanker???
NB: Jeg vil gerne have en privat kontakt med dig hvis . . . nielsen.ivar(at)gmail.com - har du måske en hjemmeside?


Ny i debatten? Opret en brugerkonto