Start › Klasy › Fizyka — Klasa 1 LO › Prawo powszechnego ciążenia

Prawo powszechnego ciążenia

Fizyka — Klasa 1 LO — teoria, wzory, quizy i zadania do tego tematu.

🧩Quizy 1

📘Teoria 3

Masa i ciężar — różnica
Definicja: Masa $m$: miara bezwładności i ilości materii [kg]. Stała niezależnie od miejsca. Ciężar $Q$: siła grawitacji działająca na ciało: $Q=mg$. Jednostka: [N]. Zależy od przyspieszenia grawitacyjnego $g$.
Prosto mówiąc: Masa to "ile materii", ciężar to "ile waży (siła)". Na Księżycu masz tę samą masę, ale ciężar 6× mniejszy ($g_{Ks}\approx1{,}6\,\text{m/s}^2$).
Zastosowanie:
  • Obliczenia sił w grawitacji
  • Ważenie produktów (mierzymy masę, mówimy "ile waży")
  • Astronautyka — masa stała, ciężar zmieniony
Przykład: Człowiek 70 kg: masa = 70 kg (wszędzie). Ciężar na Ziemi: $Q=70\cdot9{,}81\approx686\,\text{N}$. Na Księżycu: $Q=70\cdot1{,}6=112\,\text{N}$.
⚡ Zapamiętaj: W codziennym języku "kilogramy" to masa, a "waży 70 kg" to błąd fizyczny (waga to siła w N). W szkole używamy $g\approx10\,\text{m/s}^2$ dla ułatwień.
Grawitacja — prawo powszechnego ciążenia
Definicja: Każde dwa ciała o masach $m_1$ i $m_2$ oddalonych o $r$ przyciągają się siłą: $$F=G\frac{m_1 m_2}{r^2}$$ gdzie $G=6{,}674\times10^{-11}\,\text{N}\cdot\text{m}^2/\text{kg}^2$ (stała grawitacji).
Prosto mówiąc: Każdy obiekt we Wszechświecie przyciąga każdy inny. Większe masy — silniejsze przyciąganie. Większa odległość — słabsze (odwrotnie do kwadratu odległości).
Zastosowanie:
  • Orbity planet i satelitów
  • Pływy morskie (Księżyc przyciąga oceany)
  • Obliczanie masy planet
Przykład: Jabłko spada z drzewa — Ziemia przyciąga jabłko (i jabłko przyciąga Ziemię!). Ale masa Ziemi jest kolosalnie większa, więc Ziemia się praktycznie nie poruszy.
⚡ Zapamiętaj: Grawitacja maleje z kwadratem odległości: 2× dalej → 4× słabsza. Na orbicie nie jesteś "bez grawitacji" — ona tam jest (dlatego satelita krąży)!
Prawo powszechnego ciążenia (klasa 1 LO)

Treść

Dwa ciała przyciągają się siłą $F=G\frac{m_1 m_2}{r^2}$.

Stała

$G\approx6{,}67\cdot10^{-11}\,\frac{\mathrm{N\,m^2}}{\mathrm{kg^2}}$.

Cechy

Siła maleje z kwadratem odległości i działa wzdłuż prostej łączącej ciała.

∑Wzory 2

Prawo powszechnego ciążenia
$$F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$$

Do czego służy: Obliczanie siły grawitacyjnej przyciągania między dowolnymi dwoma masami — od atomów po planety.

Zmienne

  • $F$ — siła grawitacji (N)
  • $G = 6{,}674 \times 10^{-11} \text{ N·m}^2/\text{kg}^2$ — stała grawitacyjna
  • $m_1, m_2$ — masy obu ciał (kg)
  • $r$ — odległość między ich środkami masy (m)

Kiedy używać?

Przy obliczaniu sił w układach planetarnych, prędkości kosmicznych, przyspieszenia grawitacyjnego na innej planecie. Dla codziennych ciał siła jest znikoma (małe $G$).

Jak stosować

  1. Podstaw masy i odległość w jednostkach SI
  2. Oblicz: $F = 6{,}674 \times 10^{-11} \cdot \frac{m_1 m_2}{r^2}$
  3. Siła jest wzajemna — działa na oba ciała (III zasada Newtona)

Przykład

Ziemia ($M = 6 \times 10^{24}$ kg, $R = 6{,}4 \times 10^6$ m). Siła na człowieka 70 kg?

  1. $F = 6{,}67 \times 10^{-11} \cdot \frac{6\times10^{24} \cdot 70}{(6{,}4\times10^6)^2} \approx 686 \text{ N}$
  2. Zgadza się: $mg = 70 \cdot 9{,}81 \approx 687 \text{ N}$ ✓

⚠️ Częsty błąd: $r$ to odległość środków mas (np. od środka Ziemi), nie od powierzchni! Dla obiektów blisko Ziemi dodaj promień Ziemi.

Prawo powszechnego ciążenia (klasa 1 LO)
$$F=G\dfrac{m_1 m_2}{r^2}$$

Co liczy: siłę grawitacji między dwoma ciałami.

✍Zadania dodatkowe 12

Zadania ćwiczeniowe ze zbiorów Matematix — z rozwiązaniami krok po kroku.

Zadanie nr FZ10.1

Planeta krąży wokół Słońca po orbicie o półosi wielkiej $4$ au. Oblicz okres jej obiegu w latach ziemskich.

Zadanie nr FZ10.2

Oblicz, ile razy zmaleje siła grawitacji między dwoma ciałami, jeżeli odległość między nimi wzrośnie trzykrotnie.

Zadanie nr FZ10.3

Satelita krąży wokół Ziemi po orbicie kołowej o promieniu $r$. Jeżeli promień orbity wzrośnie czterokrotnie, to okres obiegu satelity:

A wzrośnie $2$ razy
B wzrośnie $4$ razy
C wzrośnie $8$ razy
D wzrośnie $16$ razy
Zadanie nr FZ10.4

Planetoida porusza się po orbicie eliptycznej wokół Słońca. Oceń prawdziwość stwierdzeń.

  1. W peryhelium wartość prędkości planetoidy jest największa.
  2. Wartość przyśpieszenia planetoidy jest w czasie ruchu stała.
  3. Moment pędu planetoidy względem Słońca jest zachowany.

Oceń prawdziwość każdego stwierdzenia (P — prawda, F — fałsz) i wybierz odpowiedni układ.

P/P/P 1. P, 2. P, 3. P
P/P/F 1. P, 2. P, 3. F
P/F/P 1. P, 2. F, 3. P
P/F/F 1. P, 2. F, 3. F
F/P/P 1. F, 2. P, 3. P
F/P/F 1. F, 2. P, 3. F
F/F/P 1. F, 2. F, 3. P
F/F/F 1. F, 2. F, 3. F
Zadanie nr FZ10.6

Prędkość komety z poprzedniego zadania w peryhelium wynosi $42\,\tfrac{\text{km}}{\text{s}}$. Oblicz jej prędkość w aphelium.

Zadanie nr FZ10.8

Odległość między środkami Ziemi i Księżyca wynosi $d=384\,400$ km, a masa Ziemi jest $81$ razy większa od masy Księżyca. Oblicz odległość od środka Ziemi punktu, w którym wypadkowa siła grawitacji działająca na sondę jest równa zeru.

Zadanie nr FZ10.10

Dwie sondy krążą wokół Słońca po orbitach kołowych o promieniach $r_A=0{,}962$ au i $r_B=1{,}043$ au. Okres obiegu sondy $A$ wynosi $344$ doby. Oblicz okres obiegu sondy $B$ oraz iloraz $\dfrac{v_A}{v_B}$ ich prędkości liniowych.

Zadanie nr 1

Prawo powszechnego ciążenia:

A $F=G\frac{m_1 m_2}{r^2}$
B $F=G\frac{m_1 m_2}{r}$
C $F=G\frac{m}{r^2}$
D $F=\frac{m_1 m_2}{r^2}$
Zadanie nr 2

Gdy odległość między ciałami wzrośnie $2$ razy, siła grawitacji:

A maleje $4$ razy
B maleje $2$ razy
C rośnie $4$ razy
D nie zmienia się
Zadanie nr 3

O ile razy zmaleje siła grawitacji, gdy odległość wzrośnie $3$ razy?

Zadanie nr 4

Natężenie pola grawitacyjnego przy powierzchni Ziemi to około:

A $9{,}8\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}$
B $G$
C $0$
D zależy od masy ciała
Zadanie nr 5

Na jakiej wysokości nad powierzchnią (promień Ziemi $R$) natężenie pola grawitacyjnego maleje $4$ razy?

📄Zadania z arkuszy 12

Prawdziwe zadania z arkuszy egzaminacyjnych (matura, egzamin ósmoklasisty, próbne) dotyczące tego tematu.

Zadanie nr 5.1 · Matura 2026

Informacja do zadania 5. Planetoida ℛ krąży wokół Słońca (środek S) po orbicie eliptycznej. Dane: peryhelium rP = |SP| = 0,81 au, oś wielka |PA| = 5,62 au, prędkość w peryhelium vP = 43,29 km/s. Orbita Ziemi kołowa: rZ = 1,0 au, TZ = 1 rok. A — aphelium (najdalszy punkt).

Zadanie 5.1. Narysuj wektor siły $\vec F$, z jaką Słońce działa na planetoidę ℛ w zaznaczonym położeniu (kierunek, zwrot, punkt zaczepienia).

Zadanie nr 5.2 · Matura 2026

Zadanie 5.2. Oblicz Tℛ — okres obiegu planetoidy ℛ wokół Słońca (w latach ziemskich).

Zadanie nr 5.3 · Matura 2026

Zadanie 5.3. Wartości przyśpieszenia planetoidy w punktach P i A to aP i aA. Iloraz aP/aA jest równy…

A |SA| / |SP|
B |SP| / |SA|
C (|SA| / |SP|)²
D (|SP| / |SA|)²
Zadanie nr 5.1 · Matura 2025
Planetoida Chiron obiega Słońce po orbicie eliptycznej, a Ziemia obiega Słońce po orbicie, którą w przybliżeniu możemy potraktować jako kołową. Dane: $r_P = 8{,}5$ au, $r_A = 18{,}9$ au, $a_Z = 1{,}0$ au, $T_Z = 1{,}00$ rok ziemski. Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
  1. Wektor przyśpieszenia Chirona jest zwrócony do środka Słońca.
  2. Orbita Chirona ma punkt wspólny z orbitą Ziemi.
  3. Okres obiegu Chirona dookoła Słońca jest mniejszy od okresu obiegu Ziemi dookoła Słońca.
Rysunek do zadania 5.1
P/P/P 1. P, 2. P, 3. P
P/P/F 1. P, 2. P, 3. F
P/F/P 1. P, 2. F, 3. P
P/F/F 1. P, 2. F, 3. F
F/P/P 1. F, 2. P, 3. P
F/P/F 1. F, 2. P, 3. F
F/F/P 1. F, 2. F, 3. P
F/F/F 1. F, 2. F, 3. F
Zadanie nr 5.3 · Matura 2025
Oblicz okres obiegu Chirona wokół Słońca. Zapisz obliczenia. Wynik podaj w latach ziemskich. Dane: $r_P = 8{,}5$ au, $r_A = 18{,}9$ au, $a_Z = 1{,}0$ au, $T_Z = 1{,}00$ rok ziemski. Długość półosi wielkiej orbity Chirona: $a_C = \dfrac{1}{2}(r_P + r_A)$.
Rysunek do zadania 5.3
Zadanie nr 5.1 · Matura 2024

Zadanie 5.1. Oceń prawdziwość (P/F):
1. Siła, którą Księżyc działa na Ziemię, jest równa sile, którą Ziemia działa na Księżyc.
2. Punkt S dzieli odcinek ZK w stosunku |ZS|/|SK| ≈ 1/81,28.
3. Wartość siły grawitacji Ziemi na Księżyc jest stała w czasie.

P/P/P 1. P, 2. P, 3. P
P/P/F 1. P, 2. P, 3. F
P/F/P 1. P, 2. F, 3. P
P/F/F 1. P, 2. F, 3. F
F/P/P 1. F, 2. P, 3. P
F/P/F 1. F, 2. P, 3. F
F/F/P 1. F, 2. F, 3. P
F/F/F 1. F, 2. F, 3. F
Zadanie nr 5.2 · Matura 2024

Zadanie 5.2. Oblicz odległość punktu P (gdzie wypadkowa siła grawitacji = 0) od środka Ziemi, gdy |ZK| = 384 400 km.

Zadanie nr 4.2 · Próbny 2024

Wartość siły grawitacji działającej na S$_A$ (orbita O$_A$) oznaczmy $F_{A}$, a na S$_B$ (orbita O$_B$) — $F_{B}$. Poprawną zależność między $F_{A}$ a $F_{B}$ określa równanie

A $F_{A}=F_{B}$
B $F_{A}=3F_{B}$
C $F_{A}=6F_{B}$
D $F_{A}=9F_{B}$
Zadanie nr 5.1 · Matura 2023

Informacja do zadania 5. Gwiazda S2 obiega masywny obiekt Sgr A* po orbicie eliptycznej: okres TS2 = 16 lat, peryhelium rP = 120 au, aphelium rA = 1820 au. Ziemia: orbita kołowa aZ = 1,0 au, TZ = 1,0 rok. Wzór (dana): M₁/M₂ = (a₁/a₂)³·(T₂/T₁)².

Zadanie 5.1. Narysuj wektor przyśpieszenia $\vec a$ środka gwiazdy S2 w oznaczonym położeniu (kierunek i zwrot).

Zadanie nr 5.3 · Matura 2023

Zadanie 5.3. Oblicz iloraz MSA/MS (masa Sgr A* do masy Słońca), do dwóch cyfr znaczących.

Zadanie nr 5.4 · Matura 2023

Zadanie 5.4. Wyprowadź wzór podany w informacji (M₁/M₂ = (a₁/a₂)³·(T₂/T₁)²) dla przypadku, gdy obie orbity są kołowe.

Zadanie nr 5.3 · Matura 2015

Oceń prawdziwość (P/F): 1) siły dośrodkowe $F_M$ i $F_m$ działające na gwiazdy mają jednakowe wartości; 2) prędkości liniowe obu gwiazd względem środka masy mają tę samą wartość; 3) częstotliwości obiegu obu gwiazd są równe.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.