Народна Освіта » Фізика » Сила тяжести. Вес тела. Невесомость

НАРОДНА ОСВІТА

Сила тяжести. Вес тела. Невесомость

Если выпустить из рук карандаш, он обязательно упадет. Если поставить рюкзак на скамейку, она (хоть и незаметно для глаз) прогнется. Если подвесить к резиновому шнуру какое-нибудь тело, шнур растянется. Все это — следствия притяжения Земли. При этом репортажи с космических станций демонстрируют нам вроде бы «исчезновение» земного притяжения — космонавты и все вещи на борту находятся в состоянии невесомости. Из материала этого параграфа вы подробнее узнаете о земном притяжении и выясните, можно ли создать невесомость дома.

 

Узнаем о гравитационном взаимодействии

Почему любой предмет, например выпущенный из руки карандаш, капля дождя, лист дерева и т. д., падает вниз? Почему стрела, выпущенная из лука, не летит все время прямо, а в конце концов падает на землю? Почему Луна движется вокруг Земли? Причина всех этих явлений в том, что Земля притягивает к себе все тела (рис. 20.1).

 

 

При этом все тела притягивают к себе Землю. Например, притяжение к Луне вызывает на Земле приливы и отливы (рис. 20.2). В результате притяжения к Солнцу наша планета и все другие планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца по определенным орбитам.

В 1687 г. Исаак Ньютон сформулировал закон, согласно которому между всеми телами Вселенной существует взаимное притяжение. Такое взаимное притяжение объектов называют гравитационным взаимодействием или всемирным тяготением.

Опираясь на опыты и математические расчеты, Ньютон доказал, что интенсивность гравитационного взаимодействия увеличивается с увеличением масс взаимодействующих тел. Именно поэтому легко убедиться в том, что всех нас притягивает Земля, и при этом мы совсем не ощущаем притяжение соседа по парте.

Знакомимся с силой тяжести

В физике силу гравитационного притяжения Земли, действующую на тела вблизи ее поверхности*, называют силой тяжести.

Сила тяжести ^тяж — это сила, с которой Земля притягивает к себе тела, находящиеся на ее поверхности или вблизи нее.

Сила тяжести приложена к телу, которое притягивается Землей, и направлена вертикально вниз, к центру Земли (рис. 20.3).

Многочисленными опытами доказано, что сила тяжести, действующая на тело, прямо пропорциональна массе этого тела:

где Fтяж — значение силы тяжести; m — масса тела; g — коэффициент пропорциональности, который называют ускорением свободного падения.

Будем считать, что, когда говорят «вблизи поверхности Земли», имеют в виду расстояние, не превышающее нескольких десятков километров.

 

 

Вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения равно приблизительно 9,8 ньютона на килограмм:

 

 

Значение ускорения свободного падения несущественно изменяется на экваторе и полюсах Земли (рис. 20.4), при подъеме над поверхностью Земли и при спуске в шахту.

Используя рис. 20.4, определите, на сколько сила тяжести, действующая на вас, на экваторе меньше, чем на полюсе.

Выясняем, что физики называют весом тела

Из-за притяжения к Земле все тела сжимают или прогибают опору либо растягивают подвес. Сила, которая характеризует такое действие тел, называется весом тела(рис. 20.5).

Вес тела Р — это сила, с которой вследствие притяжения к Земле тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес.

Единица веса в СИ, как и любой другой силы,— ньютон

 

 

Если тело находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, то его вес совпадает по направлению с силой тяжести и равен ей по значению:

 

 

Однако в отличие от силы тяжести, которая приложена к телу, вес приложен к опоре или подвесу(рис. 20.6).

 

Для упрощения расчетов в случаях, когда большая точность не существенна, можно считать, что g = 10 Н/кг.

 

Пробуем создать состояние невесомости

Вы наверняка хорошо знаете термин «невесомость», но его значение многие понимают неправильно. Например, считают, что невесомость — это состояние, которое наблюдается только в космосе, где нет воздуха, или там, где отсутствует гравитация. Но это не так!

Отсутствие воздуха само по себе не вызывает невесомости, а от гравитации вообще не спрячешься — во Вселенной нет ни одного уголка, где бы не действовали силы всемирного тяготения*. На самом деле невесомость— это отсутствие веса. Уберите у тела опору или подвес — и оно окажется в состоянии невесомости. (Обратите внимание: сопротивление воздуха тоже является своего рода опорой!)

Невесомость — это такое состояние тела, при котором тело не действует на опору или подвес.

Тело вблизи поверхности Земли находится в состоянии невесомости, если на него действует только одна сила — сила тяжести.

На короткое время невесомость легко создать и дома. Можно, например, подпрыгнуть — и вы на мгновение окажетесь в состоянии невесомости: в данном случае, пока вы двигаетесь вниз, сопротивление воздуха пренебрежимо мало и можно считать, что на вас действует только сила тяжести.

Постоянно в состоянии невесомости находятся космические орбитальные станции и все, что на них находится (рис. 20.7). Это связано с тем, что космические корабли «постоянно падают» на Землю из-за ее притяжения и в то же время остаются на орбите благодаря своей огромной скорости.

У нетренированного человека длительное пребывание в состоянии невесомости, как правило, сопровождается тошнотой, нарушением работы мышц, вестибулярного аппарата**, нервными расстройствами, именно поэтому космонавты проходят серьезную физическую подготовку (рис. 20.8).

Плотность материи в нашей Вселенной очень мала (2-3 атома Гидрогена на 1 м3), потому во Вселенной в среднем очень мала и гравитация. Ее называют микрогравитацией. Вестибулярный аппарат — орган чувств у людей и позвоночных животных, воспринимающий изменение положения тела в пространстве и направление движения. Этот орган отвечает, например, за способность человека различать в темноте, где верх, а где низ.

Подводим итоги

Во Вселенной все тела притягиваются друг к другу. Такое взаимное притяжение тел называют всемирным тяготением.

Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает к себе тела, находящиеся на ее поверхности или вблизи нее. Сила тяжести вычисляется по формуле ^тяж = mg и направлена вертикально вниз, к центру Земли.

Вес Р тела — это сила, с которой вследствие притяжения к Земле тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес. Следует различать силу тяжести и вес тела: сила тяжести приложена к самому телу, а вес — к опоре или подвесу; вес тела равен по значению силе тяжести ( = ттолько в состоянии покоя тела или его равномерного прямолинейного движения.

Когда тело движется под действием только силы тяжести, то оно находится в состоянии невесомости (его вес равен нулю).

Контрольные вопросы

1. Действует ли на вас сила притяжения к Луне? 2. Кто открыл закон, согласно которому между всеми телами Вселенной существует взаимное притяжение? 3. Дайте определение силы тяжести. По какой формуле ее вычисляют? 4. К чему приложена и куда направлена сила тяжести? 5. Дайте определение веса тела. В каких случаях его вычисляют по формуле Р=mg? 6. Что такое невесомость? 7. При каких условиях тело будет находиться в состоянии невесомости?

Упражнение № 20

1. Притягивает ли Землю автомобиль, стоящий на автостоянке? космическая станция, находящаяся на орбите?

2. Книга лежит на столе. На какое тело действует вес книги?

3. Определите силу тяжести, которая действует на тело массой 600 г.

4. Какова масса тела, если его вес равен 600 Н?

5. Каков вес меда объемом 1 л?

6. В ведро массой 1,5 кг налили 5,5 л воды. Какую силу нужно прикладывать, чтобы удерживать ведро в руках? Сделайте пояснительный рисунок, указав силы, действующие на ведро.

7. Составьте задачу, обратную задаче 5 данного упражнения, и решите ее.

8. Определите массу груза, висящего на пружине жесткостью 200 Н/м, если удлинение пружины равно 0,5 см.

9. Найдите плотность вещества, из которого изготовлен кубик, и жесткость пружины динамометра (см. рисунок).

Ребро кубика равно 4 см, удлинение пружины — 5 см.

10. Воспользовавшись дополнительными источниками информации, определите силу тяжести, которая действовала бы на вас лично во время космического путешествия на другие планеты Солнечной системы (или их спутники). Подумайте, к каким последствиям это могло бы привести.

Физика и техника в Украине

Юрий Васильевич Кондратюк (Александр Игнатьевич Шаргей) (1897-1941) — один из пионеров ракетной техники. Космическими полетами ученый заинтересовался будучи еще гимназистом. Он учился в полтавской гимназии, затем — на механическом отделении Петроградского политехнического института.

В книге «Тем, кто будет читать, чтобы строить» (1919) Ю. Кондратюк привел схему четырехступенчатой ракеты на кислородно-водородном топливе, дал описание камеры сгорания двигателя, а в книге «Завоевание межпланетных пространств» (1929) предложил осуществлять полеты на Луну, используя для питания систем космического корабля солнечную энергию (!).

Американский астронавт Нил Армстронг, который первым ступил на поверхность Луны, специально приехал к дому, где жил Ю. Кондратюк, взял горсть земли и сказал: «Эта земля для меня имеет не меньшую ценность, чем лунный грунт». А один из ученых, задействованных в программе НАСА по освоению Луны, заявил: «Мы разыскали маленькую неприметную книжечку... Автор ее, Юрий Кондратюк, обосновал и рассчитал энергетическую выгодность полета на Луну по схеме: полет на орбиту Луны — старт на Луну с ее орбиты — возвращение на орбиту Луны — полет к Земле». По предложению американских специалистов трасса полета на Луну названа трассой Кондратюка.

 

 

 

Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий

 

Категорія: Фізика

Автор: admin от 24-01-2017, 07:51, посмотрело: 1276