maanantai 11.5.

1. Vastaa

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Mikä muuttaa ilmaan heitettyjen kappaleiden liikkeen suunnan? Miksi kappaleet lopulta putoavat?

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

2. Lue

Maapallolla vaikuttaa painovoima

 

Pieni lapsi kylpee ja heittelee vettä mukilla.Lähde: Pixabay (CC0)

Kun maapallon kappaleisiin kohdistamia painovoimia kuvataan nuolilla, nuolet  osoittavat kohti maapallon keskipistettä.

Painovoiman voi tuntea kaikkialla

Jo pienenä kylvyssä tutkit veden käyttäytymistä. Vesi putosi aina lattiaa kohti, vaikka yritit roiskuttaa sitä muualle. Veden liikkeeseen ilmassa vaikutti siis jokin voima. Tämä voima on Maan vetovoima. Sen suunta on aina kohti maapallon keskipistettä.

Ennen luultiin, että maapallo on litteä kuin pannukakku. Sitten maapallon todettiin olevan pyöreä. Fyysikko Isaac Newton keksi, että kaikkien kappaleiden välillä vaikuttaa vetovoima. Jokaiseen kappaleeseen kohdistuu Maan painovoima, joka suuntautuu aina kohti Maan keskipistettä.

Massa vai paino?

Massa on kappaleen ominaisuus ja kuvaa aineen määrää. Sen suuruutta kuvataan yksiköllä kilogramma, jonka lyhenne on kg. Yhden kilogramman punnuksen massa on 

Maapallo vetää kaikkia kappaleita voimakkaasti puoleensa. Paino kuvaa sen voiman suuruutta, jolla maapallo vetää kappaleita puoleensa. Paino on lyhennetty sanasta painovoima. 

Voiman suuruuden voi helposti mitata jousivaa’alla, kun kappaletta kannatellaan jousivaa’an koukussa. Paino on voima ja sen suuruutta mitattaessa käytetään yksikköä newton, jonka lyhenne on N.

Suure: massa, tunnus m
Yksikkö: kilogramma, lyhenne kg

Suure: paino, tunnus G
Yksikkö: newton, lyhenne N

Maapallolla yhden kilogramman massan kannatteleminen vaatii noin 10 newtonin voiman. Tämä riippuvuus on voimassa vain maapallolla. Mitä massiivisempi taivaankappale on, sitä suurempi on sen vetovoima. Koska Kuun massa on Maan massaa pienempi, kappaleen paino on pienempi Kuussa kuin Maassa. Kappaleen paino Kuussa on noin kuudesosa kappaleen painosta Maassa.

Tutki kuvasta, kuinka suuri on yhden kilogramman punnuksen paino Aurinkokunnan eri planeetoilla. 

Avaruudessa matkaavat astronautit tuntevat itsensä painottomiksi. Painon tunne häviää. Massa ei kuitenkaan ole hävinnyt mihinkään.

Gravitaatiovuorovaikutus on seurausta kappaleiden massoista

Gravitaatiovuorovaikutus ilmenee kaikkien massallisten kappaleiden välillä. Sen vaikutus on kuitenkin merkittävä vain silloin, kun ainakin toinen kappaleista on massaltaan riittävän suuri, kuten planeetta tai kuu. Sinun ja vierustoverisi massat ovat liian pieniä synnyttämään merkittävän suuruista vetovoimaa, vaikka teoriassa se onkin olemassa.

Isä auttaa lasta keilaamaan painavalla keilapallolla.
Massa vaikuttaa myös kappaleen hitauteen

Mitä suurempi on kappaleen massa, sitä suurempi on sen paino, ja sitä suurempi voima tarvitaan kappaleen kannattelemiseen. Esimerkiksi painavamman keilapallon kannattelemiseen tarvitaan suurempi voima.

Kappale pyrkii vastustamaan liiketilan muuttumista eli nopeuden suuruuden tai suunnan muuttumista. Tämä on kappaleen ominaisuus, jota kutsutaan kappaleen hitaudeksi. Myös se on riippuvainen kappaleen massan suuruudesta. Suurimassaisen kappaleen hitaus liiketilojen muutokselle on suuri, pienimassaisen kappaleen hitaus on pieni. Siksi raskasta rekkaa on jarrutuksessa vaikeampaa saada pysähtymään kuin kevyttä mopoautoa.

Muista nämä:

  • Gravitaatiovuorovaikutuksen vuoksi kaikki kappaleet vetävät toisiaan puoleensa.
  • Kappaleen paino on Maan kappaleeseen kohdistama painovoima.
  • Painon suunta on kohti maapallon keskipistettä.
  • Mitä suurempi on kappaleen massa, sitä suurempi on kappaleen paino. Jos kappaleen massa on  Maa vetää kappaletta puoleensa noin 10 newtonin voimalla.
  • Mitä suurempi on kappaleen massa, sitä vaikeampaa on saada se liikkeelle tai pysähtymään.

3. Tutkimus: Massan ja painon yhteys Maassa

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Välineet: jousivaaka ja 50 gramman tai 100 gramman punnuksia

Tutkimuksen kulku:

1. Selvitä tutkimuksessa käytettävien punnusten massat grammoina. Jos käytössä ei ole massaltaan tunnettuja punnuksia, tutkimuksessa voi käyttää muitakin esineitä, mutta niiden massat täytyy punnita ensin.

2. Mittaa jousivaa'alla, kuinka suurella voimalla maapallo vetää kutakin punnusta.

Mittaus: Kirjoita tekstialueelle tutkimiesi punnusten massat ja painot Maassa. Käytä kirjaintunnuksia m ja G.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

4. Tutkimus: Esineiden kannattelemiseen tarvittavien voimien mittaaminen

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Välineet: jousivaaka ja kevyitä esineitä

Tutkimuksen kulku:

1. Mittaa vaa'alla tutkimuksessa käytettävien esineiden massat grammoina. Käytä mittaustulosten kirjaamisessa tunnuksia ja yksiköitä, esimerkiksi penaali: m = 100g

2. Mittaa jousivaa'alla, kuinka suurella voimalla esinettä täytyy kannatella eli kuinka suurella voimalla maapallo vetää niitä puoleensa. Käytä mittaustulosten kirjaamisessa tunnuksia ja yksiköitä, esimerkiksi G = 2,0N.

3. Tutki mittaustuloksiasi ja pohdi, mikä yhteys kappaleen massalla ja sen kannattelemiseen tarvittavalla voimalla on.

Mittaustulokset: Kirjaa saamasi mittaustulokset siten, että kirjoitat ensin mittaamasi esineen nimen, sitten sen massan ja kannattelemiseen tarvittavan voiman.

Havainnot: Mitä voit havaita erimassaisten kappaleiden kannattelemiseen tarvittavan voiman suuruudesta?

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

5. Kappaleiden paino maapallolla

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Yhdistä toisiinsa massa ja sitä vastaava painovoima maapallolla.

VIHJE: Muista: Jos kappaleen massa on kappaleeseen vaikuttavan painovoiman suuruus on noin

Harjoitusta tehdessäsi voit muuttaa grammat ensin kilogrammoiksi, esimerkiksi 60g = 0,06kg. Sen jälkeen kerro luku kymmenellä, jolloin saat painon newtoneina.

600kg
60g
60kg
6g
600g
6kg

0,6N

6N

60N

600N

0,06N

6000N

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

6. Painovoima kuussa

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Kuun massa on Maan massaa pienempi. Kuussa painovoima on noin kuudesosa painovoimasta maapallolla. Yhdistä kappaleen massa oikeaan kappaleen painoon Kuussa.

600kg
60g
60kg
6g
600g
6kg

10N

1N

0,01N

0,1N

100N

1000N

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen