- Сила тяжіння
- Вага тіла, невагомість
- Вплив Архимедовой сили на вагу тіла
- маса
- Вільне падіння
- Момент сили тяжіння
- Робота сили тяжіння
- висновок
Наша сьогоднішня зустріч присвячена дивовижній властивості матерії - гравітації (тяжіння). Тяжіння Землі настільки звично і природно, що ми його не помічаємо. Але що ми знаємо про земне тяжіння?
Розберемося, як виникає, від чого залежить і як проявляється земна гравітація.
Сила тяжіння
Взаємне тяжіння всіх тіл у Всесвіті було відкрито Ісааком Ньютоном . Це тяжіння і отримало назву гравітаційної взаємодії.
Їм же була встановлена залежність цих сил від маси взаємодіючих тіл і відстані між ними.
Чим більше маса тіл, тим більше сила їх тяжіння. Зате зі збільшенням відстані вона зменшується.
Для нас - землян особливо важлива сила тяжіння нашої планети. Сила, з якою Земля притягує до себе тіло, прийнято називати силою тяжіння.
Вона зменшується в міру віддалення від земної поверхні і завжди спрямована до центру Землі. Тобто земну кулю притягує зовнішні тіла так, як матеріальна точка. Наша планета злегка сплюснута біля полюсів (близько 27 км), і тяжіння в цих точках, трохи перевищує притягання на екваторі або в інших широтах. Відповідно сила тяжіння на вершині гори трохи менше ніж біля її підніжжя.
Для позначення цієї сили використовується символ Fтяж.
Вага тіла, невагомість
Отже, сила тяжіння це результат взаємодії тіл із Землею. Але в повсякденному житті ми часто використовуємо поняття ваги тіла. З'ясуємо, що це за величина.
Для цього подумки перенесемося в нерухомий ліфт. Вага його пасажирів P буде дорівнює силі тяжіння (P = Fтяж). В піднімається з прискоренням ліфті, сила тяжіння незмінна, а от вага почне збільшуватися. Це відчувається як збільшення тиску з боку опори - статі. Ліфт опускається, поступово уповільнюючи швидкість. Тиск опори стане менше, тобто при незмінній силі тяжіння вага зменшується.
... Сліди, залишені людиною, тваринами або транспортом на вологому піску або снігу, якраз і підтверджують дію цих тіл на опору.
Вага тіла це та сила, з якою нерухомі тіла діють на опору або розтягують підвіс.
Потрібно пам'ятати, що сила тяжіння прикладена до центру предмета, а вага - до опори або підвісу.
Що станеться з вагою тіла, якщо опора або підвіс зникне? Тіло почне вільне падіння. А оскільки зникло опір його подальшого руху, вага тіла стане рівним нулю. Для тіл, що знаходяться у вільному падінні, настає стан невагомості.
Невагомий летить парашутист до розкриття парашута, відвідувачі атракціону «американські гірки» після проходження найвищої точки, і, взагалі, кожен стрибок вгору це кілька секунд невагомості перед приземленням.
Але чому відчувають невагомість космонавти на орбіті після виключення двигунів на космічному кораблі? Взаємодіючи з Землею, ці космічні об'єкти прагнуть до вільного падіння, але їх горизонтальна швидкість настільки велика (близько 8 км / c), що впасти вони не можуть і летять по своїй орбіті, описуючи виток за витком навколо Землі.
Вплив Архимедовой сили на вагу тіла
До сих пір ми розглядали прояви сили тяжіння, вважаючи, що взаємодія здійснюється в безповітряному середовищі. А як наявність газу або рідини вплине на вагу тіла?
Відповідь на це питання дав один з найдостойніших синів стародавньої Греції - Архімед ще 3 тисячі років до нашої ери.
Вчений стверджував, що в результаті взаємодії тіла з середовищем (рідиною або газом) виникає виштовхуюча сила, спрямована вертикально вгору. Її чисельне значення дорівнює вазі рідини, витісненої тілом.
Вага тіла в рідині або газі завжди менше ваги цього тіла в вакуумі на величину сили, що виштовхує.
Якщо ж предмет герметично притиснутий до дна Архимедова сила не виникає.
маса
З поняттям ваги ми вже знайомі. Поговоримо про масу:
- Спочатку під масою розуміли кількість речовини, укладену в тілі.
- Потім була встановлена її зв'язок з інертністю. Чим більше маса, тим більше інертно тіло.
- Вона визначає і гравітаційні особливості тіла. Найпотужніші тіла володіють більшою силою тяжіння.
- Маса даного тіла буде однаковою як на Землі, так і на Місяці або на інших планетах. Вона не залежить і від географічної широти.
- Для її позначення використовують букву m, вимірюють в кг.
Вага ж, як будь-яка сила, вимірюється в ньютонах (Н). Існує формула, що зв'язує масу і вага тіла:
P = mg,
тут g - прискорення вільного падіння.
Вільне падіння
Падіння тіл вивчав італійський вчений Галілей. Він спостерігав за рухом тіл, скидаючи їх з дуже високою похилій вежі, розташованої в місті Пізі. На ім'я міста ця вежа висотою 55 м і отримала назву Пізанської.
Галілей одночасно скидав гарматне ядро вагою 80 кг і маленький металева кулька. Стосувалися землі вони майже в один і той же час. Вчений дійшов висновку, що єдиною причиною, неодновременного приземлення куль є опір повітря.
Падіння тіл в безповітряному просторі тільки під дією сили тяжіння називають вільним падінням.
У земних умовах ми можемо спостерігати це явище лише приблизно. Тому, що атмосферне повітря є перешкодою вільно падаючого тіла.
При цьому русі швидкість падаючих тіл кожну секунду збільшується на 9,81 м / с.
Тобто прискорення вільного падіння g = 9,81 м / і лише злегка змінюється при зміні географічної широти місця. У розрахунках часто приймають g = 10 м / c2.
На Місяці, де сила тяжіння менше в 6 разів, g = 1,6 м / c2.
Зараз йде дуже активне вивчення «червоної планети» - Марса. Його маса майже в 10 разів менше ніж у нашої рідної планети. Здавалося б, що і вага тел повинен зменшуватися теж в 10 разів. Однак, радіус Марса майже в 2 рази поступається земному радіусу, що приводить до збільшення сили тяжіння майже в 4 рази. В кінцевому рахунку, сила тяжіння, як і вага тіла, складуть лише 1/3 частина земної сили тяжіння.
Точно так можна дізнатися силу тяжіння тіла на будь-якій планеті. Скажімо, космонавт, вага якого на Землі 80 кг, на планеті - гіганті Юпітер буде важити 161,2 кг.
Момент сили тяжіння
У кожного тіла є центр ваги. Якщо за нього подумки підвісити тіло, воно збереже початкове положення. Наприклад, центр ваги кулі, знаходиться в його геометричному центрі. Чим нижче положення центра ваги, тим стійкіше положення тіла. Тому лижник, який мчить з гори, злегка присідає. Тим самим він зміщує свій центр ваги донизу, збільшуючи цим свою стійкість.
«Чи знайома» з законами фізики і всім відома іграшка неваляшка. Її центр тяжіння знаходиться внизу, оскільки там закріплений грузик. І навіть незначне відхилення цієї іграшки в сторону піднімає центр ваги. Сила тяжіння створює крутний момент, який відновлює вертикальне положення тіла.
Момент сили тяжіння - це твір сили тяжіння на плече цієї сили:
M = FтяжL = mgL,
де
M - момент сили тяжіння;
L - плече цієї сили, т е. Перпендикуляр між лінією прикладання сили і центром обертання.
Одиницею вимірювання крутного моменту є 1НМ.
Розміщуючи вантажі в автомобілях або на морських судах, завжди розташовують їх якомога нижче. Це забезпечує стійкість, оберігає вантажний транспорт від перекидання.
Робота сили тяжіння
Чи здійснює роботу вільно падаюче тіло? Наприклад, метеорит, який прилетів до нас з космічних глибин, яблуко, яке впало з гілки або спадаючий водоспад.
При будь-якому вертикальному зміні положення тіла, його центр ваги або опускається, або піднімається. Сила тяжіння при цьому здійснює роботу
А = mgh,
де mg = Fтяж.
Якщо тіло опускається - робота позитивна, піднімається - негативна. На замкнутому шляху, коли тіло кинуто вертикально вгору, а потім, вільно падаючи, повертається у вихідну точку, робота дорівнює 0.
висновок
Сила тяжіння зіграла величезну роль в пристосуванні людини і тварин для життя на суші. Завдяки силі гравітації ми ходимо по землі, а не летимо в космос. Вона утримує атмосферу планет і воду в світовому океані. Їй ми зобов'язані рухом планет і їх супутників в нашій сонячній системі.
Наше знайомство з земної гравітацією закінчено. Багато століть люди шукають способи звільнення від земних пут. Поки секрети антигравітації не розкриті.
Але людству вдалося подолати земну гравітацію і досягти фантастичних успіхів в освоєнні космосу.
Автор: Драчов Світлана Семенівна
Якщо це повідомлення тобі знадобилося, буда рада бачити тебе в групі ВКонтакте . А ще - спасибі, якщо ти натиснеш на одну з кнопочок «лайків»:
Ви можете залишити коментар до доповіді.
Що станеться з вагою тіла, якщо опора або підвіс зникне?А як наявність газу або рідини вплине на вагу тіла?
