ჩვენი დღევანდელი შეხვედრა ეძღვნება მატერიის გასაოცარ თვისებას - გრავიტაციას (გრავიტაციას). დედამიწის გრავიტაცია იმდენად ნაცნობი და ბუნებრივია, რომ ჩვენ მას ვერ ვამჩნევთ. მაგრამ რა ვიცით გრავიტაციის შესახებ?

მოდით გავარკვიოთ, როგორ ჩნდება, რაზეა დამოკიდებული და როგორ ვლინდება იგი.

გრავიტაცია

სამყაროს ყველა სხეულის ურთიერთმიზიდულობაღია იყო. ამ მიზიდულობას გრავიტაციული ურთიერთქმედება ეწოდება.

მან ასევე დაადგინა ამ ძალების დამოკიდებულება ურთიერთმოქმედი სხეულების მასაზე და მათ შორის მანძილს.

რაც უფრო დიდია სხეულების მასა, მით მეტია მათი მიზიდულობის ძალა. მაგრამ მანძილის მატებასთან ერთად ის მცირდება.

ჩვენთვის, მიწიერებისთვის, ჩვენი პლანეტის მიზიდულობის ძალა განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია. ძალას, რომლითაც დედამიწა იზიდავს სხეულს თავისკენ, ჩვეულებრივ გრავიტაციას უწოდებენ.

ის მცირდება დედამიწის ზედაპირიდან დაშორებით და ყოველთვის მიმართულია დედამიწის ცენტრისკენ. ანუ გლობუსი იზიდავს გარე სხეულებს ისევე, როგორც მატერიალური წერტილი.ჩვენი პლანეტა ოდნავ გაბრტყელებულია პოლუსებზე (დაახლოებით 27 კმ) და გრავიტაცია ამ წერტილებში ოდნავ აღემატება გრავიტაციას ეკვატორზე ან სხვა განედებზე. შესაბამისად, მთის მწვერვალზე მიზიდულობის ძალა ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე მის ძირში.

სიმბოლო F მძიმე გამოიყენება ამ ძალის აღსანიშნავად.

სხეულის წონა, უწონადობა

ასე რომ, გრავიტაცია არის სხეულების დედამიწასთან ურთიერთქმედების შედეგი. მაგრამ ყოველდღიურ ცხოვრებაში ჩვენ ხშირად ვიყენებთ სხეულის წონის კონცეფციას. მოდით გავარკვიოთ რა არის ეს მნიშვნელობა.

ამისათვის გონებრივად გადავიყვანოთ სტაციონარული ლიფტით. მისი მგზავრების წონა P იქნება მიზიდულობის ძალის ტოლი (P = F გრავიტაცია). ლიფტში, რომელიც იზრდება აჩქარებით, სიმძიმის ძალა მუდმივია, მაგრამ წონა დაიწყებს მატებას. ეს იგრძნობა, როგორც წნევის მატება საყრდენიდან - იატაკიდან. ლიფტი ეშვება, თანდათან ნელდება. დამხმარე წნევა ნაკლები გახდება, ე.ი. როდესაც გრავიტაცია იგივე რჩება, წონა მცირდება.

... ადამიანების, ცხოველების ან მანქანების მიერ სველ ქვიშაზე ან თოვლზე დატოვებული კვალი ზუსტად ადასტურებს ამ ორგანოების მოქმედებას საყრდენზე.

სხეულის წონა არის ძალა, რომლითაც სტაციონარული სხეულები მოქმედებენ საყრდენზე ან ჭიმავს საკიდს.

უნდა ახსოვდეს რომ სიმძიმე ვრცელდება ობიექტის ცენტრზე, ხოლო წონა ვრცელდება საყრდენზე ან საკიდზე.

რა ემართება სხეულის წონას, თუ საყრდენი ან სუსპენზია გაქრება? სხეული თავისუფლად დაიწყებს დაცემას. და რადგან მისი შემდგომი მოძრაობის წინააღმდეგობა გაქრა, სხეულის წონა ნული გახდება. თავისუფალ ვარდნაში მყოფი სხეულებისთვის უწონადობის მდგომარეობა ხდება.

პარაშუტისტი, რომელიც უწონად დაფრინავს პარაშუტის გახსნამდე, სტუმრები ატრაქციონი ატარებენ უმაღლესი წერტილის გავლის შემდეგ და, ზოგადად, ყოველი ზევით ნახტომი არის რამდენიმე წამი უწონადობა დაშვებამდე.

მაგრამ რატომ განიცდიან ასტრონავტები უწონადობას?ორბიტაზე კოსმოსური ხომალდის ძრავების გამორთვის შემდეგ? დედამიწასთან ურთიერთქმედებისას ეს კოსმოსური ობიექტები თავისუფალ ვარდნას მიდრეკილნი არიან, მაგრამ მათი ჰორიზონტალური სიჩქარე იმდენად მაღალია (დაახლოებით 8 კმ/წმ), რომ მათ არ შეუძლიათ დაეცემა და იფრინონ ​​თავიანთ ორბიტაზე, რაც აღწერს დედამიწის გარშემო შემობრუნებას.

არქიმედეს ძალის გავლენა სხეულის წონაზე

აქამდე ჩვენ განვიხილავდით გრავიტაციის გამოვლინებებს, იმის გათვალისწინებით, რომ ურთიერთქმედება ხდება უჰაერო გარემოში. როგორ იმოქმედებს გაზის ან სითხის არსებობა სხეულის წონაზე?

ამ კითხვაზე პასუხი გასცა ძველი საბერძნეთის ერთ-ერთმა ღირსეულმა ვაჟმა - არქიმედესმა ძვ.წ 3 ათასი წელი.

მეცნიერი ამტკიცებდა, რომ სხეულის გარემოსთან (თხევად ან აირთან) ურთიერთქმედების შედეგად ჩნდება აწევის ძალა, რომელიც მიმართულია ვერტიკალურად ზემოთ. მისი რიცხვითი მნიშვნელობა უდრის სხეულის მიერ გადაადგილებული სითხის მასას.

სხეულის წონა სითხეში ან აირში ყოველთვის ნაკლებია ამ სხეულის წონაზე ვაკუუმში მყოფი ძალის ოდენობით.

თუ ობიექტი ჰერმეტულად არის დაჭერილი ძირამდე, არქიმედეს ძალა არ წარმოიქმნება.

წონა

ჩვენ უკვე ვიცნობთ წონის ცნებას. მოდით ვისაუბროთ მასაზე:

• თავდაპირველად მასას ესმოდათ, როგორც სხეულში შემავალი ნივთიერების რაოდენობა.
• შემდეგ დამყარდა მისი კავშირი ინერციასთან. რაც უფრო დიდია მასა, მით უფრო ინერტულია სხეული.
• ის ასევე განსაზღვრავს სხეულის გრავიტაციულ მახასიათებლებს. უფრო მასიურ სხეულებს უფრო დიდი გრავიტაციული ძალა აქვთ.
• მოცემული სხეულის მასა ერთნაირი იქნება როგორც დედამიწაზე, ასევე მთვარეზე თუ სხვა პლანეტაზე. ეს არ არის დამოკიდებული გეოგრაფიულ განედზე.
• ასო m გამოიყენება მის აღსანიშნავად და იზომება კგ-ში.

წონა, ისევე როგორც ნებისმიერი ძალა, იზომება ნიუტონებში (N). არსებობს სხეულის მასისა და წონის დამაკავშირებელი ფორმულა:

აქ g არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.

Თავისუფალი ვარდნა

ცვივა სხეულები შეისწავლა იტალიელმა მეცნიერმა გალილეომ.ის აკვირდებოდა სხეულების მოძრაობას, აგდებდა მათ ქალაქ პიზაში მდებარე ძალიან მაღალი დახრილი კოშკიდან. ქალაქის სახელის მიხედვით 55 მ სიმაღლის ამ კოშკს პიზის დახრილ კოშკს უწოდებდნენ.

გალილეომ ერთდროულად ჩამოაგდო 80 კგ წონის ქვემეხი და პატარა ლითონის ბურთი. ისინი თითქმის ერთდროულად შეეხო მიწას. მეცნიერმა დაასკვნა, რომ ბურთების არაერთდროული დაშვების ერთადერთი მიზეზი ჰაერის წინააღმდეგობაა.

სხეულების დაცემას უჰაერო სივრცეში მხოლოდ გრავიტაციის გავლენის ქვეშ ეწოდება თავისუფალ დაცემას.

ხმელეთის პირობებში ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ ამ მოვლენას მხოლოდ დაახლოებით. იმიტომ რომ ატმოსფერული ჰაერი დაბრკოლებაა თავისუფლად ჩამოვარდნილი სხეულისთვის.

ამ მოძრაობით დაცემით სხეულების სიჩქარე ყოველ წამში იზრდება 9,81 მ/წმ-ით.

ანუ თავისუფალი ვარდნის აჩქარება გ = 9,81 მ/და მხოლოდ ოდნავ იცვლება ადგილის გეოგრაფიული განედების ცვლილებით. გამოთვლებში ხშირად აღებულია გ = 10 მ/წმ 2.

მთვარეზე, სადაც მიზიდულობის ძალა 6-ჯერ ნაკლებია, g = 1,6 მ/წმ 2 .

ახლა არის ძალიან აქტიური შესწავლა "წითელი პლანეტის" - მარსის შესახებ. მისი მასა თითქმის 10-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე ჩვენი მშობლიური პლანეტის მასა. როგორც ჩანს, სხეულების წონაც 10-ჯერ უნდა შემცირდეს. თუმცა, მარსის რადიუსი თითქმის 2-ჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე დედამიწის რადიუსი, რაც იწვევს გრავიტაციის ზრდას თითქმის 4-ჯერ. საბოლოო ჯამში, მიზიდულობის ძალა, ისევე როგორც სხეულის წონა, იქნება დედამიწის მიზიდულობის მხოლოდ 1/3.

ზუსტად ასე შეგიძლიათ გაიგოთ სხეულის მიზიდულობა ნებისმიერ პლანეტაზე. ვთქვათ, ასტრონავტი, რომლის წონა დედამიწაზე 80 კგ-ია, გიგანტურ პლანეტაზე იუპიტერზე იქნება 161,2 კგ.

სიმძიმის მომენტი

ყველა სხეულს აქვს გრავიტაციის ცენტრი.თუ გონებრივად ჩამოკიდებით მისგან სხეულს, ის შეინარჩუნებს თავდაპირველ პოზიციას. მაგალითად, ბურთის სიმძიმის ცენტრი მდებარეობს მის გეომეტრიულ ცენტრში. რაც უფრო დაბალია სიმძიმის ცენტრი, მით უფრო სტაბილურია სხეულის პოზიცია. ამიტომ, მთაზე ჩქარი მოთხილამურე ოდნავ ჯდება. ამრიგად, იგი ანაცვლებს სიმძიმის ცენტრს ქვემოთ, რითაც ზრდის მის სტაბილურობას.

"იცნობს" ფიზიკის კანონებს და ცნობილ სათამაშოს. მისი სიმძიმის ცენტრი ბოლოშია, რადგან წონა იქ არის მიმაგრებული. და ამ სათამაშოს გვერდით ოდნავ გადახრაც კი ამაღლებს სიმძიმის ცენტრს. გრავიტაცია ქმნის ბრუნვას, რომელიც აღადგენს სხეულის ვერტიკალურ მდგომარეობას.

მიზიდულობის მომენტი არის მიზიდულობის ძალისა და ამ ძალის მკლავის ნამრავლი:

M= F კაბელი L=მგლ,

სად
M - სიმძიმის მომენტი;
L არის ამ ძალის მხრი, ანუ პერპენდიკულარული ძალის გამოყენების ხაზსა და ბრუნვის ცენტრს შორის.
ბრუნვის საზომი ერთეულია 1 Nm.

მანქანებში ან გემებზე ტვირთის განთავსებისას ყოველთვის მოათავსეთ ის რაც შეიძლება დაბლა. ეს უზრუნველყოფს სტაბილურობას და იცავს ტვირთის ტრანსპორტირებას გადატრიალებისგან.

სიმძიმის სამუშაო

თავისუფლად დავარდნილი სხეული მუშაობს? მაგალითად, მეტეორიტი, რომელიც კოსმოსის სიღრმიდან გადმოფრინდა ჩვენთან, ტოტიდან ჩამოვარდნილი ვაშლი ან კასკადური ჩანჩქერი.

სხეულის პოზიციის ნებისმიერი ვერტიკალური ცვლილებისას მისი სიმძიმის ცენტრი ან იკლებს ან იზრდება. გრავიტაციის ძალა მუშაობს

სადაც მგ = F მძიმე.

თუ სხეული ქვევით ეშვება, მუშაობა დადებითია, თუ მაღლა დგას, უარყოფითი. დახურულ ბილიკზე, როდესაც სხეული ვერტიკალურად ზევით არის გადაყრილი და შემდეგ, თავისუფლად დაცემით, უბრუნდება საწყის წერტილს, სამუშაო არის 0.

დასკვნა

გრავიტაციამ უდიდესი როლი ითამაშა ადამიანებისა და ცხოველების ხმელეთზე ცხოვრებისადმი ადაპტაციაში. მიზიდულობის ძალის წყალობით ჩვენ დედამიწაზე დავდივართ ვიდრე კოსმოსში გავფრინდეთ. ის ინახავს პლანეტების ატმოსფეროს და წყალს მსოფლიო ოკეანეებში. ჩვენ გვმართებს პლანეტების და მათი თანამგზავრების მოძრაობა მზის სისტემაში.

ჩვენი გაცნობა დედამიწის გრავიტაციასთან დასრულდა. მრავალი საუკუნის განმავლობაში ადამიანები ეძებენ გზებს, რათა თავი დააღწიონ თავს მიწიერი ბორკილებისაგან. ანტიგრავიტაციის საიდუმლოებები ჯერ არ არის გამჟღავნებული.

მაგრამ კაცობრიობამ მოახერხა დედამიწის გრავიტაციის დაძლევა და ფანტასტიური წარმატების მიღწევა კოსმოსის კვლევაში.

თუ ეს მესიჯი გამოგადგებათ, მოხარული ვიქნები თქვენი ნახვა

რა არის უწონადობა? მცურავი ჭიქები, ფრენის და ჭერზე სიარულის და ყველაზე მასიური ობიექტების მარტივად გადაადგილების უნარი - ასეთია ამ ფიზიკური კონცეფციის რომანტიული იდეა.

თუ ასტრონავტს ჰკითხავთ, რა არის უწონაობა, ის გეტყვით, რამდენად რთულია სადგურზე ყოფნის პირველი კვირა და რამდენი დრო სჭირდება გამოჯანმრთელებას დაბრუნების შემდეგ, მიზიდულობის პირობებთან შეგუებას. ფიზიკოსი, სავარაუდოდ, გამოტოვებს ასეთ ნიუანსებს და გამოავლენს კონცეფციას მათემატიკური სიზუსტით ფორმულებისა და რიცხვების გამოყენებით.

განმარტება

დავიწყოთ ფენომენის გაცნობა საკითხის მეცნიერული არსის გამოვლენით. ფიზიკოსები უწონადობას განმარტავენ, როგორც სხეულის მდგომარეობას, როდესაც მისი მოძრაობა ან მასზე მოქმედი გარე ძალები არ იწვევს ნაწილაკების ურთიერთ ზეწოლას ერთმანეთზე. ეს უკანასკნელი ყოველთვის ხდება ჩვენს პლანეტაზე, როცა რომელიმე ობიექტი მოძრაობს ან მოსვენებულ მდგომარეობაშია: მასზე დაჭერილია გრავიტაცია და ზედაპირის საპირისპირო მიმართული რეაქცია, რომელზეც ობიექტი მდებარეობს.

ამ წესიდან გამონაკლისს წარმოადგენს დაცემის შემთხვევები იმ სიჩქარით, რომელსაც გრავიტაცია ანიჭებს სხეულს. ასეთ პროცესში არ ხდება ნაწილაკების წნევა ერთმანეთზე, ჩნდება უწონობა. ფიზიკა ამბობს, რომ მდგომარეობა, რომელიც ჩნდება კოსმოსურ ხომალდებში და ზოგჯერ თვითმფრინავებში, იმავე პრინციპს ეფუძნება. უწონადობა ჩნდება ამ მოწყობილობებში, როდესაც ისინი მოძრაობენ მუდმივი სიჩქარით ნებისმიერი მიმართულებით და იმყოფებიან თავისუფალ ვარდნის მდგომარეობაში. ხელოვნური თანამგზავრი ან ორბიტაზე მიტანილი გამშვები მანქანის გამოყენებით. ეს მათ აძლევს გარკვეულ სიჩქარეს, რომელიც შენარჩუნებულია მას შემდეგ, რაც მოწყობილობა გამორთავს საკუთარ ძრავებს. ამ შემთხვევაში, გემი იწყებს მოძრაობას მხოლოდ სიმძიმის გავლენის ქვეშ და ხდება უწონაობა.

Სახლში

ფრენების შედეგები ასტრონავტებისთვის აქ არ მთავრდება. დედამიწაზე დაბრუნების შემდეგ მათ გარკვეული დროით უწევთ გრავიტაციასთან ადაპტაცია. რა არის უწონადობა ასტრონავტისთვის, რომელმაც დაასრულა ფრენა? პირველ რიგში, ეს ჩვევაა. ცნობიერება გარკვეული პერიოდის განმავლობაში კვლავ უარს ამბობს გრავიტაციის არსებობის ფაქტზე. შედეგად, ხშირია შემთხვევები, როდესაც ასტრონავტმა ფინჯანი მაგიდაზე დადების ნაცვლად, უბრალოდ გაუშვა და შეცდომას მხოლოდ იატაკზე ჭურჭლის მსხვრევის ხმა გაიგო.

კვება

პილოტირებული ფრენების ორგანიზატორებისთვის ერთ-ერთი რთული და ამავდროულად საინტერესო ამოცანაა ასტრონავტებისთვის საკვების მიწოდება, რომელიც ადვილად ასათვისებელია სხეულის მიერ უწონობის გავლენის ქვეშ, მოსახერხებელი ფორმით. პირველმა ექსპერიმენტებმა არ გამოიწვია დიდი ენთუზიაზმი ეკიპაჟის წევრებში. ამ მხრივ საორიენტაციო შემთხვევაა, როდესაც ამერიკელმა ასტრონავტმა ჯონ იანგმა, მკაცრი აკრძალვის საწინააღმდეგოდ, ბორტზე სენდვიჩი ჩამოიტანა, რომელიც, თუმცა, არ შეჭამეს, რათა კიდევ უფრო არ დაერღვევათ წესები.

დღეს მრავალფეროვნების პრობლემა არ არის. რუსი კოსმონავტებისთვის ხელმისაწვდომი კერძების სიაში 250 ნივთია. ზოგჯერ სატვირთო გემი, რომელიც მიემგზავრება სადგურისკენ, მოაწოდებს ახალ კვებას, რომელსაც შეუკვეთა ერთ-ერთი ეკიპაჟი.

დიეტის საფუძველია ყველა თხევადი კერძი, სასმელი და პიურე დაფასოებული ალუმინის მილებში. პროდუქტების შეფუთვა და შეფუთვა შექმნილია ისე, რომ თავიდან აიცილოს ნამსხვრევების გამოჩენა, რომლებიც უწონად ცურავს და შეიძლება ვინმეს თვალში მოხვდეს. მაგალითად, ნამცხვრები მზადდება საკმაოდ პატარა და დაფარულია ნაჭუჭით, რომელიც პირში დნება.

ნაცნობი გარემო

სადგურებზე, როგორიცაა ISS, ისინი ცდილობენ ყველა პირობა მიაწოდონ დედამიწაზე ნაცნობებს. ეს მოიცავს მენიუში ეროვნულ კერძებს, ჰაერის მოძრაობას, რომელიც აუცილებელია როგორც სხეულის ფუნქციონირებისთვის, ასევე აღჭურვილობის ნორმალური მუშაობისთვის, და თუნდაც იატაკისა და ჭერის აღნიშვნა. ამ უკანასკნელს, უფრო სწორად, ფსიქოლოგიური მნიშვნელობა აქვს. ნულოვანი სიმძიმის ასტრონავტს არ აინტერესებს რა პოზიციაზე იმუშაოს, თუმცა, პირობითი იატაკისა და ჭერის გამოყოფა ამცირებს ორიენტაციის დაკარგვის რისკს და ხელს უწყობს უფრო სწრაფ ადაპტაციას.

უწონადობა არის ერთ-ერთი მიზეზი, რის გამოც ყველას არ იღებენ ასტრონავტად. ადაპტაცია სადგურზე ჩასვლისას და დედამიწაზე დაბრუნების შემდეგ შედარებულია აკლიმატიზაციასთან, რამდენჯერმე გაძლიერებული. ცუდი ჯანმრთელობის მქონე ადამიანმა შეიძლება ვერ გაუძლოს ასეთ დატვირთვას.

წონა, როგორც ძალა, რომლითაც ნებისმიერი სხეული მოქმედებს ზედაპირზე, საყრდენზე ან საკიდზე. წონა წარმოიქმნება დედამიწის გრავიტაციული მიზიდულობის გამო. რიცხობრივად, წონა უდრის სიმძიმის ძალას, მაგრამ ეს უკანასკნელი გამოიყენება სხეულის მასის ცენტრზე, ხოლო წონა გამოიყენება საყრდენზე.

უწონობა - ნულოვანი წონა, შეიძლება მოხდეს, თუ არ არსებობს გრავიტაციული ძალა, ანუ სხეული საკმარისად არის დაშორებული მასიური ობიექტებისგან, რომლებსაც შეუძლიათ მისი მიზიდვა.

საერთაშორისო კოსმოსური სადგური დედამიწიდან 350 კილომეტრში მდებარეობს. ამ მანძილზე გრავიტაციის აჩქარება (გ) არის 8,8 მ/წ2, რაც მხოლოდ 10%-ით ნაკლებია პლანეტის ზედაპირზე.

ეს პრაქტიკაში იშვიათად ჩანს - გრავიტაციული გავლენა ყოველთვის არსებობს. ISS-ზე ასტრონავტები კვლავ განიცდიან დედამიწას, მაგრამ იქ უწონაობაა.

უწონობის კიდევ ერთი შემთხვევა ხდება მაშინ, როდესაც გრავიტაცია კომპენსირდება სხვა ძალებით. მაგალითად, ISS ექვემდებარება გრავიტაციას, ოდნავ შემცირებულია მანძილის გამო, მაგრამ სადგური ასევე მოძრაობს წრიულ ორბიტაზე გაქცევის სიჩქარით და ცენტრიდანული ძალა ანაზღაურებს გრავიტაციას.

უწონაობა დედამიწაზე

უწონობის ფენომენი დედამიწაზეც შესაძლებელია. აჩქარების გავლენის ქვეშ, სხეულის წონა შეიძლება შემცირდეს და უარყოფითიც კი გახდეს. ფიზიკოსების მიერ მოყვანილი კლასიკური მაგალითია ლიფტის დაცემა.

თუ ლიფტი აჩქარებით ქვევით მოძრაობს, მაშინ ლიფტის იატაკზე წნევა და შესაბამისად წონა შემცირდება. უფრო მეტიც, თუ აჩქარება უდრის გრავიტაციის აჩქარებას, ანუ ლიფტი დაეცემა, სხეულების წონა ნული გახდება.

ნეგატიური წონა შეინიშნება, თუ ლიფტის მოძრაობის აჩქარება აღემატება სიმძიმის აჩქარებას - შიგნით მყოფი სხეულები სალონის ჭერს „იწებება“.

ეს ეფექტი ფართოდ გამოიყენება ასტრონავტების ვარჯიშში უწონობის სიმულაციისთვის. თვითმფრინავი, რომელიც აღჭურვილია სასწავლო კამერით, საკმაო სიმაღლეზე იზრდება. რის შემდეგაც ის ბალისტიკური ტრაექტორიის გასწვრივ ჩაყვინთავს, ფაქტობრივად, მანქანა დედამიწის ზედაპირზე იშლება. 11 ათასი მეტრიდან ჩაყვინთვისას შეგიძლიათ მიიღოთ 40 წამი უწონადობა, რომელიც გამოიყენება ვარჯიშისთვის.

არსებობს მცდარი მოსაზრება, რომ ასეთი ადამიანები უწონადობის მისაღწევად ასრულებენ რთულ ფიგურებს, როგორიცაა "ნესტეროვის მარყუჟი". ფაქტობრივად, საწვრთნელად გამოიყენება მოდიფიცირებული წარმოების სამგზავრო თვითმფრინავები, რომლებსაც რთული მანევრების უნარი არ აქვთ.

ფიზიკური გამოხატვა

წონის ფიზიკური ფორმულა (P) საყრდენის აჩქარებული მოძრაობის დროს, იქნება ეს ჩამოვარდნილი ტანისა თუ მყვინთავის თვითმფრინავი, შემდეგია:

სადაც m არის სხეულის მასა,
g – თავისუფალი ვარდნის აჩქარება,
a არის მხარდაჭერის აჩქარება.

როდესაც g და a ტოლია, P=0, ანუ უწონადობა მიიღწევა.

წინა გაკვეთილებზე განვიხილეთ რა არის უნივერსალური მიზიდულობის ძალა და მისი განსაკუთრებული შემთხვევა - მიზიდულობის ძალა, რომელიც მოქმედებს დედამიწაზე მდებარე სხეულებზე.

გრავიტაცია არის ძალა, რომელიც მოქმედებს ნებისმიერ მატერიალურ სხეულზე, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ზედაპირთან ან სხვა ასტრონომიულ სხეულზე. გრავიტაცია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ჩვენს ცხოვრებაში, რადგან ყველაფერი, რაც ჩვენს გარშემოა, ექვემდებარება მის გავლენას. დღეს ჩვენ გადავხედავთ სხვა ძალას, რომელიც ყველაზე ხშირად ასოცირდება გრავიტაციასთან. ეს ძალა არის სხეულის წონა. დღევანდელი გაკვეთილის თემა: „სხეულის წონა. უწონადობა"

ელასტიური ძალის მოქმედებით, რომელიც ვრცელდება სხეულის ზედა კიდეზე, ეს სხეული, თავის მხრივ, ასევე დეფორმირებულია და სხეულის დეფორმაციის გამო წარმოიქმნება სხვა ელასტიური ძალა. ეს ძალა ვრცელდება ზამბარის ქვედა კიდეზე. გარდა ამისა, ის სიდიდით უდრის ზამბარის დრეკად ძალას და მიმართულია ქვევით. სხეულის სწორედ ამ ელასტიურ ძალას დავარქმევთ მის წონას, ანუ სხეულის სიმძიმე გამოიყენება ზამბარაზე და მიმართულია ქვევით.

მას შემდეგ, რაც ზამბარაზე სხეულის რხევები კვდება, სისტემა მიაღწევს წონასწორობის მდგომარეობას, რომელშიც სხეულზე მოქმედი ძალების ჯამი ნულის ტოლი იქნება. ეს ნიშნავს, რომ მიზიდულობის ძალა ტოლია სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებით ზამბარის ელასტიური ძალისა (ნახ. 2). ეს უკანასკნელი სიდიდით ტოლია და სხეულის წონის მიმართულებით საპირისპიროა, როგორც უკვე გავარკვიეთ. ეს ნიშნავს, რომ მიზიდულობის ძალა ტოლია სხეულის წონის სიდიდით. ეს თანაფარდობა არ არის უნივერსალური, მაგრამ ჩვენს მაგალითში ის სამართლიანია.

ბრინჯი. 2. წონა და სიმძიმე ()

ზემოთ მოყვანილი ფორმულა არ ნიშნავს, რომ სიმძიმე და წონა ერთი და იგივეა. ეს ორი ძალა ბუნებით განსხვავებულია. წონა არის ელასტიური ძალა, რომელიც გამოიყენება საკიდზე სხეულის მხრიდან, ხოლო გრავიტაცია არის ძალა, რომელიც გამოიყენება სხეულზე დედამიწის მხრიდან.

ბრინჯი. 3. სხეულის წონა და სიმძიმე საკიდზე და საყრდენზე ()

მოდით გავარკვიოთ წონის რამდენიმე მახასიათებელი. წონა არის ძალა, რომლითაც სხეული აჭერს საყრდენს ან ჭიმავს საკიდს, აქედან გამომდინარეობს, რომ თუ სხეული არ არის შეკიდული ან არ არის დამაგრებული საყრდენზე, მაშინ მისი წონა ნულის ტოლია. ეს დასკვნა ეწინააღმდეგება ჩვენს ყოველდღიურ გამოცდილებას. თუმცა, მას აქვს საკმაოდ სამართლიანი ფიზიკური მაგალითები.

თუ მისგან დაკიდული კორპუსით ზამბარა გათავისუფლდება და თავისუფლად ჩამოვარდება, დინამომეტრის ინდიკატორი აჩვენებს ნულოვან მნიშვნელობას (ნახ. 4). ამის მიზეზი მარტივია: დატვირთვა და დინამომეტრი მოძრაობენ ერთი და იგივე აჩქარებით (g) და იგივე ნულოვანი საწყისი სიჩქარით (V 0). ზამბარის ქვედა ბოლო მოძრაობს დატვირთვასთან სინქრონულად, ხოლო ზამბარა არ არის დეფორმირებული და გაზაფხულზე არ წარმოიქმნება ელასტიური ძალა. შესაბამისად, არ არსებობს კონტრელასტიური ძალა, რომელიც არის სხეულის წონა, ანუ სხეულს არ აქვს წონა, ან არის უწონო.

ბრინჯი. 4. წყაროს თავისუფალი ვარდნა მისგან ჩამოკიდებული სხეულით ()

უწონობის მდგომარეობა წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ხმელეთის პირობებში მიზიდულობის ძალა ყველა სხეულს ანიჭებს ერთნაირ აჩქარებას, ე.წ. ჩვენი მაგალითისთვის შეგვიძლია ვთქვათ, რომ დატვირთვა და დინამომეტრი ერთი და იგივე აჩქარებით მოძრაობენ. თუ სხეულზე მოქმედებს მხოლოდ მიზიდულობის ძალა ან მხოლოდ უნივერსალური მიზიდულობის ძალა, მაშინ ეს სხეული უწონად მდგომარეობაშია. მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ამ შემთხვევაში ქრება მხოლოდ სხეულის წონა, მაგრამ არა ამ სხეულზე მოქმედი სიმძიმის ძალა.

უწონადობის მდგომარეობა ეგზოტიკური არ არის, ბევრ თქვენგანს ეს საკმაოდ ხშირად გამოუცდია - ნებისმიერი სიმაღლიდან ხტუნვაში ან ხტუნვაში დაშვების მომენტამდე იმყოფება უწონად მდგომარეობაში.

განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც დინამომეტრი და მის ზამბარზე მიმაგრებული სხეული გარკვეული აჩქარებით ქვევით მოძრაობენ, მაგრამ თავისუფლად არ ეცემა. დინამომეტრის მაჩვენებლები მცირდება სტაციონარული დატვირთვისა და ზამბარის მაჩვენებლებთან შედარებით, რაც იმას ნიშნავს, რომ სხეულის წონა უფრო ნაკლები გახდა ვიდრე დასვენების დროს იყო. რა არის ამ შემცირების მიზეზი? მოდით მივცეთ მათემატიკური ახსნა ნიუტონის მეორე კანონის საფუძველზე.

ბრინჯი. 5. სხეულის წონის მათემატიკური ახსნა ()

სხეულზე მოქმედებს ორი ძალა: მიზიდულობის ძალა, მიმართული ქვევით და ზამბარის ელასტიური ძალა, მიმართული ზემოთ. ეს ორი ძალა სხეულს აჩქარებს. და მოძრაობის განტოლება იქნება:

ავირჩიოთ y-ღერძი (სურ. 5), ვინაიდან ყველა ძალა მიმართულია ვერტიკალურად, ერთი ღერძი საკმარისია ჩვენთვის. ტერმინების პროექციისა და გადაცემის შედეგად მივიღებთ, რომ დრეკადობის ძალის მოდული ტოლი იქნება:

ma = მგ - F კონტროლი

F კონტროლი = მგ - ma,

სადაც განტოლების მარცხენა და მარჯვენა მხარეს არის ნიუტონის მეორე კანონით განსაზღვრული ძალების პროგნოზები y ღერძზე. განმარტების მიხედვით, სხეულის აბსოლუტური წონა უდრის ზამბარის დრეკადობას და მისი მნიშვნელობის ჩანაცვლებით მივიღებთ:

P = F კონტროლი = მგ - ma = m(g - a)

სხეულის წონა ტოლია სხეულის მასისა და აჩქარების სხვაობის ნამრავლის. მიღებული ფორმულიდან ირკვევა, რომ თუ სხეულის აჩქარების მოდული ნაკლებია მიზიდულობის აჩქარების მოდულზე, მაშინ სხეულის წონა ნაკლებია მიზიდულობის ძალაზე, ანუ სხეულის წონა, რომელიც მოძრაობს აჩქარებულზე. მაჩვენებელი დასვენების დროს სხეულის წონაზე ნაკლებია.

განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც წონით სხეული სწრაფად მოძრაობს ზემოთ (სურ. 6).

დინამომეტრის ნემსი აჩვენებს სხეულის წონის მნიშვნელობას, რომელიც აღემატება დასვენების დროს დატვირთვას.

ბრინჯი. 6. წონით სხეული სწრაფად მოძრაობს ზემოთ ()

სხეული ზევით მოძრაობს და მისი აჩქარება მიმართულია იმავე მიმართულებით, ამიტომ აჩქარების პროექციის ნიშანი უნდა შევცვალოთ y ღერძზე.

ფორმულიდან ირკვევა, რომ ახლა სხეულის წონა აღემატება მიზიდულობის ძალას, ანუ უფრო დიდია ვიდრე სხეულის წონა მოსვენებულ მდგომარეობაში.

მისი დაჩქარებული მოძრაობით გამოწვეული სხეულის წონის მატებას გადატვირთვა ეწოდება.

ეს ეხება არა მხოლოდ ზამბარზე დაკიდებულ სხეულს, არამედ საყრდენზე დამაგრებულ სხეულსაც.

განვიხილოთ მაგალითი, რომელშიც სხეული იცვლება მისი აჩქარებული მოძრაობის დროს (სურ. 7).

მანქანა მოძრაობს ხიდის გასწვრივ ამოზნექილი ტრაექტორიით, ანუ მრუდი ტრაექტორიით. ხიდის ფორმას მივიჩნევთ წრის რკალად. კინემატიკიდან ვიცით, რომ მანქანა მოძრაობს ცენტრიდანული აჩქარებით, რომლის სიდიდე უდრის სიჩქარის კვადრატს გაყოფილი ხიდის გამრუდების რადიუსზე. იმ მომენტში, როდესაც ის თავის უმაღლეს წერტილშია, ეს აჩქარება მიმართული იქნება ვერტიკალურად ქვემოთ. ნიუტონის მეორე კანონის თანახმად, ეს აჩქარება მანქანას გადაეცემა მიზიდულობის და მიწის რეაქციის ძალის შედეგად.

მოდით ავირჩიოთ კოორდინატთა ღერძი y, მიმართული ვერტიკალურად ზემოთ და ჩავწეროთ ეს განტოლება პროექციულად არჩეულ ღერძზე, ჩავანაცვლოთ მნიშვნელობები და განვახორციელოთ გარდაქმნები:

ბრინჯი. 7. მანქანის უმაღლესი წერტილი ()

მანქანის წონა, ნიუტონის მესამე კანონის მიხედვით, მოდულით უდრის დამხმარე რეაქციის ძალას (), ხოლო ჩვენ ვხედავთ, რომ მანქანის წონის მოდული ნაკლებია სიმძიმის ძალაზე, ანუ ნაკლებია ვიდრე სტაციონარული მანქანის წონა.

დედამიწიდან გაშვებისას რაკეტა ვერტიკალურად მაღლა მოძრაობს ა=20 მ/წმ 2 აჩქარებით. რა იწონის პილოტ-კოსმონავტს რაკეტის სალონში, თუ მისი მასა არის m=80 კგ?

სავსებით აშკარაა, რომ რაკეტის აჩქარება მიმართულია ზემოთ და მის გადასაჭრელად უნდა გამოვიყენოთ სხეულის წონის ფორმულა გადატვირთვის შემთხვევაში (სურ. 8).

ბრინჯი. 8. პრობლემის ილუსტრაცია

უნდა აღინიშნოს, რომ თუ დედამიწასთან შედარებით მუდმივ სხეულს აქვს წონა 2400 ნ, მაშინ მისი მასა 240 კგ-ია, ანუ ასტრონავტი თავს სამჯერ უფრო მასიურად გრძნობს, ვიდრე სინამდვილეშია.

ჩვენ გავაანალიზეთ სხეულის წონის კონცეფცია, გავარკვიეთ ამ რაოდენობის ძირითადი თვისებები და მივიღეთ ფორმულები, რომლებიც საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ აჩქარებით მოძრავი სხეულის წონა.

თუ სხეული მოძრაობს ვერტიკალურად ქვევით და მისი აჩქარების მოდული ნაკლებია სიმძიმის აჩქარებაზე, მაშინ სხეულის წონა მცირდება სტაციონარული სხეულის წონის მნიშვნელობასთან შედარებით.

თუ სხეული ვერტიკალურად მაღლა მოძრაობს დაჩქარებული სიჩქარით, მისი წონა იზრდება და სხეული განიცდის გადატვირთვას.

ბიბლიოგრაფია

1. ტიხომიროვა S.A., Yavorsky B.M. ფიზიკა (საბაზო დონე) - მ.: მნემოსინე, 2012 წ.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. ფიზიკა მე-10 კლასი. - M.: Mnemosyne, 2014 წ.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. ფიზიკა - 9, მოსკოვი, განათლება, 1990 წ.

Საშინაო დავალება

1. განსაზღვრეთ სხეულის წონა.
2. რა განსხვავებაა სხეულის წონასა და სიმძიმეს შორის?
3. როდის ჩნდება უწონობის მდგომარეობა?

1. ინტერნეტ პორტალი Physics.kgsu.ru ().
2. ინტერნეტ პორტალი Festival.1september.ru ().
3. ინტერნეტ პორტალი Terver.ru ().

ყველას გვსმენია უწონობის შესახებ. როდესაც ამ სიტყვას გვესმის, წარმოვიდგენთ, რომ კოსმონავტები თავისუფლად ცურავდნენ კოსმოსური სადგურის შიგნით. შევეცადოთ ვუპასუხოთ ერთი შეხედვით მარტივ კითხვას: რა არის ეს უწონაობა?
წონა, ანუ სხეულს აკლია წონა. ანუ იმისათვის, რომ სწორად გავიგოთ რა არის უწონაობა, ნათლად უნდა გავიგოთ რა არის სხეულის წონა.

წონა- სხეულის ძალა, რომელიც მოქმედებს საყრდენზე (ან საკიდზე ან სხვა სახის დამაგრებაზე), რომელიც ხელს უშლის დაცემას, რომელიც წარმოიქმნება სიმძიმის ველში. განისაზღვრება გამონათქვამით:

P = მგ, სად:

რ- სხეულის წონა, მ- სხეულის მასა, გ - თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.

წონის სიდიდე პროპორციულია გრავიტაციის აჩქარებისა, რაც დამოკიდებულია დედამიწის ზედაპირის სიმაღლეზე და ასევე, მისი ბრუნვის გამო, საზომი წერტილის გეოგრაფიულ კოორდინატებზე.

როდესაც სისტემა მოძრაობს, სხეული არის საყრდენი (ან შეჩერება) ინერციული საცნობარო ჩარჩოს მიმართ აჩქარებით. აწონა წყვეტს ემთხვევა ამ სხეულზე მოქმედ სიმძიმის ძალას:

P = m(g - a)

დედამიწის ბრუნვის შედეგად შეინიშნება წონის გრძივი კლება: ეკვატორზე დაახლოებით 0,3%-ით ნაკლები, ვიდრე პოლუსებზე.

აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ ნიუტონის მესამე კანონის მიხედვით, არა მხოლოდ სხეული მოქმედებს საყრდენზე (შეჩერება), არამედ საყრდენი (შეჩერება) მოქმედებს სხეულზე ძალით ე.წ. საყრდენის რეაქციის ძალა (შეჩერება). ეს ძალა რიცხობრივად სხეულის წონის ტოლია და მიმართულია გრავიტაციის მოქმედების საპირისპიროდ. შემდეგ სხეულზე მოქმედებს ორი ძალა, ტოლი სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებით, ანუ მათი შედეგი არის ნული, რაც ნიშნავს, რომ სხეული მოსვენებულ მდგომარეობაშია ან მოძრაობს ერთნაირად და სწორხაზოვნად.

ეს ნიშნავს, რომ უწონადობა (წონის ნაკლებობა) არის მდგომარეობა, რომელშიც არდამსწრესხეულის ურთიერთქმედების ძალა საყრდენთან (ან შეჩერებასთან), რომელიც წარმოიქმნება გრავიტაციულ მიზიდულობასთან, სხვა მასობრივი ძალების მოქმედებასთან, კერძოდ, ინერციის ძალასთან, რომელიც წარმოიქმნება სხეულის აჩქარებული მოძრაობის დროს.

შემდეგ, მოდით ვიფიქროთ იმაზე, თუ რა მოხდება, თუ სხეულიც და მისი საყრდენიც გრავიტაციული ძალების ველში მოხვდება. შემდეგ, ვინაიდან საყრდენიც და სხეულიც ერთი და იგივე სიჩქარით მოძრაობენ, სხეული თავისი მასით არ დააჭერს ამ საყრდენს, ანუ არ იმოქმედებს მასზე. ანუ სხეულის წონა (ძალა, რომლითაც იგი მოქმედებს საყრდენზე) არის ნული. სად შეიძლება ამის დაკვირვება პრაქტიკაში? წარმოვიდგინოთ ლიფტის კაბინეტი, რომელიც ამოგლეჯილია კაბელებიდან და თავისუფლად ეცემა შახტში. სალონიც და მგზავრიც ერთნაირი აჩქარებით მოძრაობენ გ = 9,8 მ/წმ 2. მაშინ მგზავრი არ მოახდენს გავლენას ლიფტის იატაკზე, ანუ განიცდის უწონადობას. შემდეგ ის თავისუფლად შეძლებს ლიფტის სალონის სივრცეში ცურვას. ბუნებრივია, ეს ექსპერიმენტი ჩვეულებრივ იწვევს სუბიექტის სიკვდილს. მაგრამ არის უფრო გავრცელებული სიტუაცია. როდესაც ლიფტი ახლა იწყებს სვლას ქვემოთ (ანუ მოძრაობს აჩქარებული ტემპით, ამაღლებს ნორმალურ სიჩქარეს), თქვენს სხეულს ჯერ არ მიუღწევია ამ სიჩქარეზე და თითქმის არ აჭერს იატაკს, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის თითქმის არაფერს იწონის. შემდეგ, როცა ლიფტი აჩქარებს და შემდეგ თანაბრად მოძრაობს, თქვენც თანაბრად მოძრაობთ მასთან ერთად, შესაბამისად, ჩვეულებისამებრ, ტანით აჭერთ საყრდენს (ლიფტის იატაკს), რაც ნიშნავს, რომ უწონადობა არ არის.

დედამიწის ირგვლივ მოძრავ ხომალდზე ფრენა სხვა არაფერია, თუ არა მუდმივი დაცემა დედამიწისკენ. უბრალოდ, მოწყობილობა ორბიტაზე მოძრაობს ძალიან დიდი სიჩქარით (დაახლოებით 8 კმ/წმ) და დედამიწაზე დაცემით (ვერტიკალურად) ახერხებს ისეთი მანძილის გავლას ჰორიზონტალური მიმართულებით, რომ სფერული ფორმის გამო. დედამიწა, მის ზედაპირამდე მანძილი არ მცირდება. სხეული დაცემის გარეშე ეცემა. პარადოქსი? რეალობა!

ანუ კოსმოსური ხომალდის სალონი იგივე ლიფტია, რომელიც კაბელებს ჩამოვარდა. და მის შიგნით არსებული ყველა სხეული განიცდის უწონობის მდგომარეობას. ისინი თავისუფლად დაცურავდნენ კოსმოსური ხომალდის სალონში და მოხდება რამდენიმე საინტერესო ეფექტი, რაზეც ერთ-ერთ შემდეგ პოსტში ვისაუბრებ.

დედამიწაზე ასტრონავტების მოსამზადებლად შეგვიძლია მოკლედ შევქმნათ უწონობის მდგომარეობა. სპეციალური თვითმფრინავი ჩაყვინთვის ჰიპერბოლური ტრაექტორიის გასწვრივ, ანუ ის რეალურად ეცემა g აჩქარებით და მის სალონში მყოფი ადამიანებიც იგივე აჩქარებით ეცემა. ანუ უწონად მდგომარეობაში არიან. ამ გზით თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ უწონაობა დაახლოებით ერთი წუთის განმავლობაში, რის შემდეგაც თვითმფრინავი ჩაყვინთვის ასვლაზე გადადის, შემდეგ ისევ ჩაყვინთავს და ყველაფერი ისევ მეორდება. ასე რომ, უწონადობა შეიძლება შეიქმნას დედამიწაზე.

ძალიან მნიშვნელოვანია ამის გაგება წონადა წონასხეულები, მკაცრად რომ ვთქვათ, არ არის იგივე, თუმცა ყოველდღიურ ცხოვრებაში ცნება „წონა“ ხშირად გამოიყენება სხეულების მასაზე საუბრისას. სხეულის წონის განმარტება უკვე მოცემულია ზემოთ. და სხეულის მასა არის მისი ინერციის საზომი, ანუ უნარი შეინარჩუნოს მოსვენების მდგომარეობა ან ერთგვაროვანი სწორხაზოვანი მოძრაობა სხვა სხეულების ზემოქმედებისას, რომლებიც ცდილობენ ამ მდგომარეობის შეცვლას. სხეულთა ურთიერთქმედება ხასიათდება ისეთი რაოდენობით, როგორიცაა ძალა. როდესაც სხეული ექვემდებარება ძალას ფ, მას ეძლევა აჩქარება ასხეულის წონის მიხედვით მ:

a = F/m.

ჩვენ ვხედავთ, რომ რაც უფრო დიდია სხეულის მასა, მით ნაკლებია აჩქარება , გადაეცა მას იმავე სიდიდის ძალით. თუ ჩვენ შევეცდებით ამის გამოცდას ჯერ დედამიწაზე, შემდეგ კი კოსმოსურ ხომალდზე (ნულოვანი გრავიტაციით), დავინახავთ, რომ ეს წესი ორივე შემთხვევაში მოქმედებს. ანუ სხეულის მასა და წონა ერთი და იგივე არ არის. სხეულის წონა შეიძლება გაქრეს, მაგრამ სხეულის წონა ყოველთვის იგივე რჩება.მართალია, რელატივისტურ მექანიკაში სხეულების მასა შეიძლება შეიცვალოს (გაიზარდოს უსასრულობამდე), მაგრამ ეს სულ სხვა ამბავია, რომელიც, თუმცა, ერთ დღესაც გახდება ჩვენი განხილვის ობიექტი.

ამასობაში ისევ გნახავ. მადლობა ყველას, ვინც ბოლომდე წაიკითხა, რადგან "მრავალწიგნი" ყველას არ ეძლევა, არამედ მხოლოდ ყველაზე ცნობისმოყვარეებს.