"Tracker自由落體" 修訂間的差異
(→活動) |
(→原理) |
||
行 1: | 行 1: | ||
===目的=== | ===目的=== | ||
===原理=== | ===原理=== | ||
+ | ==地球表面的重力加速度== | ||
+ | g的單位是加速度的单位,而不是力的單位。在地球表面附近,一質點的自由落體加速度g與它的重力加速度a稍微不同,一個質點的重量mg與它所受的重力(地球[[万有引力]])也不同,原因是地球會[[自轉]]。若考慮地球自轉,則:<br> | ||
+ | :(測量到的重量mg)=(重力的大小ma)-(質量m×向心加速度w²R)<br> | ||
+ | 可以得到:<br> | ||
+ | :(自由落體加速度g)=(重力加速度a)-(向心加速度w²R)<br> | ||
+ | 注意以上式子中的减法为矢量相减。自由落體加速度實際上是小於重力加速度的,方向也略有区别,在赤道上則相差最多,但由於地球的半徑與自轉週期的關係,兩者大約只相差0.034m/s²,因此在日常使用的計算上,[[重量]]與[[重力]]之間的差異通常可以忽略,但若做為精密飛行器的計算,則需要考慮進去。 | ||
+ | |||
+ | 地表附近的所有物體下降的加速度都介於9.78和9.83m/s²之間,差別是取決於緯度等因素(赤道最少,南北極最大),[[標準重力|標準重力加速度]]是9.80665 m/s²(為方便計算,一般使用9.81 m/s²、9.8 m/s²或10 m/s²)。 | ||
+ | |||
+ | === 近似公式 === | ||
+ | 根据[[参考椭球体|地球参考椭球]],可以导出在[[纬度|地理纬度]]<math>\varphi</math> [[海拔高度]]<math>h</math>的重力加速度近似值: | ||
+ | <ref>惯性导航原理,陈永冰等,国防工业出版社. ISBN 978-7-118-05399-9. P20</ref> | ||
+ | |||
+ | :<math>g\ \approx\ g_0\ (1 + 0.0052884 \sin^2\varphi - 0.0000059 \sin^{2}2\varphi) - 0.000003086h</math> | ||
+ | |||
+ | ('''注''':原书<math>\sin^2</math>为<math>\sin</math>,疑为笔误) | ||
+ | |||
+ | |||
+ | 其中<math>g_0 \approx 9.78046\ m/s^2</math>为赤道海平面上的重力加速度。 | ||
+ | |||
+ | 有的书会给出稍微不同的表达式: | ||
+ | <ref>捷联惯性导航技术(第二版),张天光等译,国防工业出版社。ISBN 978-7-118-05336-4. P39</ref><ref>STEILER, B., and WINTER, H.:'AGARD flight test instrumentation volume 15 on gyroscopic instruments and their application to flight testing'. AGARD-AG-160-VOL. 15, September 1982</ref> | ||
+ | |||
+ | :<math> g(h=0)\ \approx\ 9.780318\ (1 + 5.3024\!\times\!10^{-3} \sin^2 \varphi - 5.9\!\times\!10^{-6} \sin^2 2\varphi)\quad m/s^2 </math> | ||
+ | |||
+ | :<math>\frac{\mathrm{d} g(h=0)}{\mathrm{d} h}\ \approx\ -3.0877\!\times\!10^{-6}\ (1 - 1.39\!\times\!10^{-3} \sin^2 \varphi)\quad m/s^2/m </math> | ||
+ | |||
+ | 其中<math>h=0</math>表示在海平面上。对重力精度要求不高时,可以采用下式计算不同高度的重力: | ||
+ | |||
+ | :<math>g(h)=g(h=0)/(1+h/R_0)^2</math> | ||
+ | |||
+ | 其中<math>R_0 \approx 6371\ km</math>是地球的平均半径。 | ||
+ | |||
===活動=== | ===活動=== | ||
自由落體 | 自由落體 | ||
===探究問題=== | ===探究問題=== |
於 2019年11月21日 (四) 03:45 的修訂
目的
原理
地球表面的重力加速度
g的單位是加速度的单位,而不是力的單位。在地球表面附近,一質點的自由落體加速度g與它的重力加速度a稍微不同,一個質點的重量mg與它所受的重力(地球万有引力)也不同,原因是地球會自轉。若考慮地球自轉,則:
- (測量到的重量mg)=(重力的大小ma)-(質量m×向心加速度w²R)
可以得到:
- (自由落體加速度g)=(重力加速度a)-(向心加速度w²R)
注意以上式子中的减法为矢量相减。自由落體加速度實際上是小於重力加速度的,方向也略有区别,在赤道上則相差最多,但由於地球的半徑與自轉週期的關係,兩者大約只相差0.034m/s²,因此在日常使用的計算上,重量與重力之間的差異通常可以忽略,但若做為精密飛行器的計算,則需要考慮進去。
地表附近的所有物體下降的加速度都介於9.78和9.83m/s²之間,差別是取決於緯度等因素(赤道最少,南北極最大),標準重力加速度是9.80665 m/s²(為方便計算,一般使用9.81 m/s²、9.8 m/s²或10 m/s²)。
近似公式
根据地球参考椭球,可以导出在地理纬度[math]\varphi[/math] 海拔高度[math]h[/math]的重力加速度近似值: <ref>惯性导航原理,陈永冰等,国防工业出版社. ISBN 978-7-118-05399-9. P20</ref>
- [math]g\ \approx\ g_0\ (1 + 0.0052884 \sin^2\varphi - 0.0000059 \sin^{2}2\varphi) - 0.000003086h[/math]
(注:原书[math]\sin^2[/math]为[math]\sin[/math],疑为笔误)
其中[math]g_0 \approx 9.78046\ m/s^2[/math]为赤道海平面上的重力加速度。
有的书会给出稍微不同的表达式: <ref>捷联惯性导航技术(第二版),张天光等译,国防工业出版社。ISBN 978-7-118-05336-4. P39</ref><ref>STEILER, B., and WINTER, H.:'AGARD flight test instrumentation volume 15 on gyroscopic instruments and their application to flight testing'. AGARD-AG-160-VOL. 15, September 1982</ref>
- [math] g(h=0)\ \approx\ 9.780318\ (1 + 5.3024\!\times\!10^{-3} \sin^2 \varphi - 5.9\!\times\!10^{-6} \sin^2 2\varphi)\quad m/s^2 [/math]
- [math]\frac{\mathrm{d} g(h=0)}{\mathrm{d} h}\ \approx\ -3.0877\!\times\!10^{-6}\ (1 - 1.39\!\times\!10^{-3} \sin^2 \varphi)\quad m/s^2/m [/math]
其中[math]h=0[/math]表示在海平面上。对重力精度要求不高时,可以采用下式计算不同高度的重力:
- [math]g(h)=g(h=0)/(1+h/R_0)^2[/math]
其中[math]R_0 \approx 6371\ km[/math]是地球的平均半径。
活動
自由落體