«Первая космическая скорость» - Искусственные спутники Земли. Определить первую космическую скорость для запуска спутника. Обращение планет вокруг Солнца. Решите задачу. Представление об ИСЗ. Решите задачи. Первая космическая скорость. Условия, при которых тело становится ИСЗ. Скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно стало спутником.

«Невесомость физика» - В невесомости пламя свечи принимает сферическую форму и имеет голубой цвет. 5) Из уравнений Р = -FУ и Fт + Fу = mа получаем: Р = Fт – ma = mg – ma, или Р = m(g – a). 6) OY (рис.2): Ру = m(gУ – aУ) или P = m(g – a). Возникновение динамической невесомости. Кипение воды на Земле Кипение воды в условиях невесомости.

«Закон всемирного тяготения Ньютона» - Сила – физическая величина, которая является мерой взаимодействия тел. В 1664г. Ньютону удивительным образом удалось стать « учёным». Английский учёный Исаак Ньютон первым доказал и установил закон всемирного тяготения. В 1669г. он получил должность профессора и локасовскую кафедру математики. Ньютон учился в сельской начальной школе, а затем в средней школе.

«Сила тяжести 7 класс» - 7 класс. С. Любое изменение формы и размера тела. 1.Что такое сила? От географической широты местности и от массы физического тела. У. Сила является мерой взаимодействия тел. Сила тяжести.”. Тема:”Силы. Тест по физике. Какую силу называют силой тяжести? Е. Любое изменение формы тела. В каких единицах измеряется сила?

«Сила тяготения» - Явление тяготения»). Без тяготения невозможно была бы жизнь и существование и Вселенной, и нашей Земли. Задание №3 «Связь между массой тела и силой тяжести». Сила тяжести. Вывод: сила тяжести (прямо пропорциональна, обратно пропорциональна) массе тела. Проявится ли сила тяготения на планете Земля? Повторение материала.

«Гравитационные силы» - Закон всемирного тяготения. M? М (R + h)2. Скорость спутника. Механика. Гравитационная сила. Расчет первой космической скорости. Сравнение сил. Сила тяготения. Закон тяготения сформулирован для материальных точек в вакууме. Действующие на тело силы. Модуль ускорения свободного падения. Законы Ньютона.

Всего в теме 20 презентаций

Сила тяжести и вес два понятия, участвующие в гравитационном теории поля физики. Эти два понятия часто неправильно истолкованы и используются в неправильном контексте. Эта ситуация усугубляется тем, что на обыденном уровне понятия массы (свойство материи) и веса также воспринимаются как нечто тождественное. Именно поэтому правильное понимания тяжести и веса важно для науки. Зачастую эти две почти аналогичные концепции используются как взаимозаменяемые. В этой статье приведен обзор основных понятий, их проявления, частные случаи, сходства и, наконец, их различия.
Анализ основных понятий:

Сила, направленная на объект со стороны планеты Земля или со стороны другой планеты во Вселенной (любого астрономического тела в широком понимании) является силой тяжести. Сила является наблюдаемой демонстрацией проявления силы гравитации. Численно выражается по уравнению Fтяж=mg (g=9.8м/c2) .

Данная сила приложена к каждой микрочастице тела, на макроуровне это означает, что она приложена к центру тяжести данного тела, так как силы, действующие на всякую частицу отдельно, можно заменить равнодействующей этих сил. Эта сила является векторной, всегда устремленной к центру масс планеты. С другой стороны Fтяж можно выразить через силу гравитации между двумя телами, обычно различными по массе. Будет наблюдаться обратно пропорциональная связанность с интервалом между взаимодействующими объектами в квадрате (по формуле Ньютона).

В случае тела на плоскости им будет являться промежуток между телом и центром массы планеты, что есть ее радиус (R). В зависимости от высоты тела над поверхностью Fтяж и g изменяются, так как увеличивается промежуток между связанными объектами соответственно (R+h) , где h показывает высоту над поверхностью. Отсюда следует зависимость, что чем выше находится объект над уровнем Земли, тем меньше сила тяжести и тем меньше g.

Вес тела, характеристики, сопоставление с силой тяжести

Сила, с которой тело действует на опору или вертикальный подвес называется весом тела (W) . Это векторная, направленная величина. Атомы (или молекулы) тела отталкиваются от частиц основания в результате чего происходит частичная деформация, как опоры, так и объекта, возникают силы упругости и изменяется в некоторых случаях незначительно форма тела и опоры на макроуровне. Возникает сила реакции опоры, параллельно на поверхности тела также возникает сила упругости в ответ на реакцию опоры– это и есть вес. Вес тела (W) векторно противоположно направлен силе реакции опоры.

Частные случаи, для всех их соблюдается равенство W= m(g-a) :

Подставка неподвижна в случае объекта на столе, либо равномерно движется с неизменной скоростью (a=0) В этом случае W=Fтяж.

Если опора ускоряется вниз, тогда и тело ускоряется вниз, тогда W меньше Fтяж и вес вовсе равен нулю, если ускорение равно ускорению свободного падения (при g=a, W=0) При этом присутствует проявление невесомости, опора движется с ускорением g и следовательно будут отсутствовать различные напряжения и деформации от приложенной извне контактно-механической силы. К невесомости, также можно прийти путем размещения тела в нейтральной точке между двумя одинаковыми гравитирующими массами или удалением объекта от источника гравитации.

Однородное гравитационное поле по своей сути не может вызывать «напряжений» в теле, так же как и тело двигаясь под действием Fтяж не будет чувствовать гравитационный разгон и остается невесомым, «стресс-свободным» телом. Вблизи же неоднородного поля (массивных астрономических объектов) свободно падающее тело будет ощущать на себе различные приливные силы и явление невесомости будет отсутствовать так как различные части тела будут неравномерно ускоряться и изменять свою форму.

Подставка с телом движутся вверх . Равнозначная всех сил будет направлена вверх следовательно Fреакции опоры будет больше Fтяж и W больше Fтяж и это состояние называется перегрузкой. Кратность перегрузки (К) – во сколько раз величина веса больше Fтяж. Эту величину учитывают, к примеру, при полетах в космос и военной авиации, так как в основном в этих сферах можно достичь значительных скоростей.

Перегрузка увеличивает нагрузку на органы человека, в основном больше всего нагружаются опорно двигательный аппарат и сердце, вследствие увеличения веса крови и внутренних органов. Перегрузка так же является направленной величиной и ее концентрацию в определенном направлении для организма нужно учитывать (кровь приливает к ногам или к голове и т.п.) Допустимые перегрузки до значения К не более десяти.

Ключевые отличия

1. Эти силы приложены к неодинаковым «областям». Fтяж приложена к центру тяжести объекта, а вес приложен к опоре или подвесу.
2. Отличие состоит и в физической сущности: сила тяжести – это гравитационная сила, вес же имеет электромагнитную природу. По сути тело не подверженное деформации со стороны внешних сил находится в невесомости.
3. Fтяж и W могут отличаться как по количественному значению, так и по направленности, если ускорение тела не равно нулю, то Wтела либо больше, либо меньше силы тяжести, как в вышеуказанных случаях (если ускорение направлено под углом, то W направлен в сторону ускорения).
4. Вес тела и сила тяжести на полюсах планеты и экваторе. На полюсе объект, лежащий на поверхности движется с ускорением а=0, так как находится на оси вращения, следовательно, Fтяж и W будут совпадать. На экваторе учитывая вращение с запада на восток, у тела появляется центростремительное ускорение и фокус всех сил по закону Ньютона будет устремлен к центру планеты, в сторону ускорения. Противопоставленная силе тяжести сила реакции опоры будет направлена так же к центру земли, но она будет меньше Fтяж и вес тела соответственно будет меньше Fтяж.

Заключение

В 20-м веке, понятия абсолютного пространства и времени были оспорены. Релятивистский подход поставил не только всех наблюдателей, но и перемещение или ускорение, на те же относительные основы. Это привело к неясности касательно того, что именно подразумевается под действием силы тяжести и веса. Шкалу в ускоряющемся лифте, например, нельзя отличить от масштаба в гравитационном поле.

Гравитационная сила и вес, таким образом, стали по существу зависимы от акта наблюдения и наблюдателя. Это вызвало отказ от концепции, как лишней в фундаментальных дисциплинах, таких как физика и химия. Тем не менее, представление остается важным в преподавании физики. Двусмысленность введенные относительности привели, начиная с 1960-х годов, к дискуссиям о том, как определить вес, выбирая между номинальным определением: сила, обусловленная действием силы тяжести или оперативного определения, определяемого напрямую актом взвешивания.

Под действием силы притяжения к Земле все тела падают с одинаковым относительно поверхности Земли ускорением, которое называется ускорением свободного падения и обозначается буквой g. Это означает, что в системе отсчета, связанной с Землей, на всякое тело массы m действует сила

называемая силой тяжести. Если высота тела над поверхностью Земли пренебрежительно мала по сравнению с радиусом Земли, то ускорение свободного падения определяется формулой (50), в которой r – радиус Земли, а M – масса Земли. В разных точках поверхности Земного шара ускорение g, вообще говоря, разное. В среднем принимается, что g = 9,81 м/с2.

Когда тело покоится относительно поверхности Земли, сила P уравновешивается реакцией подвеса или опоры FP, удерживающих тело от падения (). По третьему закону Ньютона тело в этом случае действует на подвес или опору с силой , равной , т. е. с силой

Сила G, с которой тело действует на подвес или опору, называется весом тела. Эта сила равна mg лишь в том случае, если тело и опора (или подвес) неподвижны относительно Земли. В случае их движения с некоторым ускорением вес G не будет равен mg. Это можно уяснить на следующем примере. Пусть подвес в виде укрепленной на рамке пружины движется вместе с телом с ускорением (рис. 19). Тогда уравнение движения тела будет иметь вид:

, (51)

где – реакция подвеса, т. е. сила, с которой пружина действует на тело. По третьему закону Ньютона тело действует на пружину с силой, равной , которая по определению представляет собой вес тела в этих условиях. Заменив в (51) реакцию , силой , а силу тяжести – произведением mg, получим:

(52)

Движение с ускорением в поле тяжести Земли

Формула (52) определяет вес тела в общем случае. Она справедлива для подвеса или опоры любого вида и любого направления вектора .

Предположим, что тело и подвес движутся в вертикальном направлении (в этом предположении выполнен рис. 19).

Спроектируем (52) на направление отвеса:

G = m(g ± a) . (53)

В этом выражении G , g и a суть модули соответствующих векторов. Знак « + » соответствует , направленному вверх, знак «-» соответствует направлению вниз.

Из формулы (53) вытекает, что по модулю вес может быть как больше, так и меньше, чем сила тяжести . При свободном падении рамки с подвесом и сила G, с которой тело действует на подвес, равна нулю. Наступает состояние невесомости. Космический корабль, летящий вокруг Земли с выключенными двигателями, движется, как и свободно падающая рамки, с ускорением g, вследствие чего тела внутри корабля находятся в состоянии невесомости - они не оказывают давления на соприкасающиеся с ними тела.

Отметим, что часто путают силу тяжести и вес тела . Это обусловлено тем, что в случае неподвижной опоры силы и совпадают по величине и по направлению (обе они равны mg). Однако следует помнить, что эти силы приложены к разным телам: приложена к самому телу, приложена к подвесу или опоре, ограничивающим свободное движение тела в поле сил земного тяготения. Кроме того, сила всегда равна mg, независимо от того, движется тело или покоится, сила же веса зависит от ускорения, с которым движутся опора и тело, причем она может быть как больше, так и меньше mg, в частности, в состоянии невесомости она обращается в нуль.

Соотношение (52) между массой и весом тела дает способ сравнения масс тел путем взвешивания – отношение весов тел, определенных в одинаковых условиях (обычно при = 0) в одной и той же точке земной поверхности, равно отношению масс этих тел:

G 1: G 2: G 3: … = m 1: m 2: m 3: … .

Ускорение свободного падения g и сила тяжести Р зависят от широты местности. Кроме того, Р и g зависят также от высоты над уровнем моря – с удалением от центра Земли они уменьшаются.

На основании понятия веса тела вводится внесистемная единица силы – килограмм-сила (русское обозначение: кгс или кГ; международное: kgf или kgF). Килограмм-сила – это такая сила, которая - телу массой 1 кг сообщает ускорение 9,80665 м/с² (т. н. нормальное ускорение свободного падения). Другими словами, килограмм-сила – это вес тела массой 1 кг в земных условиях.

При изучении движения тел относительно земной поверхности нужно иметь в виду, что система отсчета, связанная с Землей, не инерциальна. Ускорение, соответствующее движению по орбите, гораздо меньше, чем ускорение, связанное с суточным вращением Земли. Поэтому с достаточной точностью можно считать, что система отсчета, связанная с Землей, вращается относительно инерциальных систем с постоянной угловой скоростью ω. Следовательно, рассматривая движение тел относительно Земли, нужно вводить центробежную силу инерции

f in = mω 2 r,

где т -масса тела, r -расстояние тела от земной оси (рис. 20).

Направления силы земного тяготения и силы тяжести для тела на поверхности Земли

Ограничиваясь случаями, когда высота тел над поверхностью Земли невелика, можно положить r равным Rз *cosφ (Rз - радиус Земли, ω- широта местности).

Тогда выражение для центробежной силы инерции примет вид

f ln = mω 2 Rз*cosφ. (54)

Наблюдаемое относительно Земли ускорение свободного падения тел g будет обусловлено действием двух сил: f g , с которой тело притягивается Землей, и f in . Peзультирующая этих двух сил

есть сила тяжести. Поскольку сила сообщает телу с массой т ускорение , справедливо следующее соотношение:

(55)

Отличие силы тяжести Р от силы притяжения к Земле f g невелико, так как центробежная сила инерции значительно меньше, чем f g . Так, для массы в 1 кг выражение mω 2 Rз приблизительно равно 0,035 Н (ω равна 2π, деленным на 86 400 сек, R 3 составляет примерно 6400 км), в то время как f g равна приблизительно 9,8 Н, т. е. почти в 300 раз больше, чем максимальное значение центробежной силы инерции (наблюдающееся на экваторе).

Направление совпадает с направлением нити, натянутой грузом, которое называется направлением отвеса. Сила направлена к центру Земли. Следователь­но, нить отвеса направлена к центру Земли только на полюсах и на экваторе, отклоняясь на промежуточных широтах от этого направления.

Разность f g – Р равна нулю на полюсах и достигает максимума, равного 0,3% силы f g на экваторе. Из-за сплюснутости земного шара у полюсов сила f g сама по себе несколько варьирует с широтой, будучи на экваторе примерно на 0,2% меньше, чем у полюсов. В итоге ускорение свободного падения g меняется с широтой в пределах от 9,780 м/сек 2 на экваторе до 9,832 м/сек. 2 на полюсах. Значение g = 9,80665 м/сек 2 принято в качестве нормального (стандартного) значения.

3.14.Законы движения планет Кеплера

Основанием для установления закона всемирного тяготения Ньютону послужили три открытых Кеплером закона движения планет:

1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.

2. Радиус-вектор планеты описывает за равные времена одинаковые площади.

3. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Первый закон Кеплера указывает на то, что планеты движутся в поле центральных сил. Траектория тела в поле центральных сил представляет собой плоскую кривую - гиперболу, параболу или эллипс, - фокус которой совпадает с центром сил.

Принимая для простоты, что орбиты являются не эллипсами, а окружностями (это допустимо, так как практически орбиты всех планет мало отличаются от окружностей), ускорение, с которым движется планета, можно написать в виде

где v - скорость движения планеты, r - радиус орбиты. Заменим v через 2πr/T (T - период обращения планеты вокруг Солнца):

На основании последнего выражения отношение сил, действующих на планеты со стороны Солнца, запишется следующим образом:

Заменяя в соответствии с третьим законом Кеплера отношение квадратов периодов обращения отношением кубов радиусов орбит, получим:

Таким образом, из третьего закона Кеплера следует, что сила, с которой планета притягивается к Солнцу, пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее расстояния до Солнца.

Предположив, что коэффициент пропорциональности k в свою очередь пропорционален массе Солнца Мс, Ньютон пришел к уже знакомой нам формуле

выражающей закон всемирного тяготения.

Второй закон Кеплера является следствием закона сохранения момента импульса. Из рис. 21 видно, что описанная радиусом-вектором за время dt площадь dS равна половине произведения основания треугольника vdt на высоту треугольника l , которая совпадает с плечом импульса планеты тv по отношению к Солнцу:

(L - момент импульса планеты, равный mvl).

Выражение называется секториальной скоростью.

Таким образом,

Момент импульса в центральном поле сил остается постоянным, следовательно, и секториальная скорость планеты должна быть постоянной. Это означает, что за равные промежутки времени радиус-вектор будет описывать одинаковые площади.

Секториальная скорость движения планеты

Все тела Вселенной, как небесные, так и находящиеся на Земле, подвержены взаимному притяжению. Если же мы и не наблюдаем его между обычными предметами, окружающими нас в повседневной жизни (например, между книгами, тетрадями, мебелью и т.д.), то лишь потому, что оно в этих случаях слишком слабое.

Взаимодействие, свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу, называют гравитационным, а само явление всемирного тяготения - грави-тацией .

Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством особого вида материи, называемого гравитационным полем. Такое поле существует вокруг любого тела, будь то планета, камень, человек или лист бумаги. При этом тело, создающее гравитационное поле, действует им на любое другое тело так, что у того появляется ускорение, всегда направленное к источнику поля. Появление такого ускорения и означает, что между телами возникает притяжение.

Особенностью гравитационного поля является его всепроникающая спо-собность. Защититься от него ничем нельзя, оно проникает сквозь любые материалы.

Гравитационные силы обусловлены взаимным притяжением тел и направлены вдоль линии, соединяющей взаимодействующии точки, поэтому называются центральными силами. Они зависят только от координат взаимодействующих точек и являются потенциальными силами.

В 1682 г. И.Ньютон открыл закон всемирного тяготения:

Все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональ-ной квадрату расстояния между ними:

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной,

G = 6,67*10 -11 (Н*м 2)/кг 2 .

Скорость, которую необходимо сообщить телу у поверхности планеты, чтобы оно стало ее спутником, движущимся по круговой орбите, называется первая космическая скорость. Любое тело может стать искусственным спутником другого тела, если сообщить ему необходимую скорость.

где g – ускорение свободного падения на планете, R – радиус планеты. Для Земли первая космическая скорость составляет приблизительно 7,9 км/с.

Сила, с которой тела притягиваются к Земле вследствие гравитационного взаимодействия, назы-вается силой тяжести . Согласно закону всемирного тяготения

где g - ускорение свободного падения, R - рассто-яние от центра Земли до тела, М - масса Земли, т - масса тела.

Направлена сила тяжести вниз к центру Земли. В теле же она проходит через точку, которая называется центром тяжести .

Весом тела называют силу, с которой тело дей-ствует на опору или подвес вследствие притяжения к Земле. Вес тела Р, в отличие от силы тяжести, приложен не к данному телу, а к его опоре или под-весу.

Р =mg .

В случае свободного падения вес тела равен нулю (это состояние невесомости), поскольку само тело и его опора движутся с одинаковым ускорением g . Несмотря на то, что в состоянии невесомости вес тела равен нулю, на него продолжает действовать сила тяжести, которая не равна нулю. Невесомость – состояние, возникающее при движении опоры с ускорением свободного падения. Вес тела при невесомости равен нулю.