Naše današnje srečanje je posvečeno neverjetni lastnosti materije - gravitaciji (gravitaciji). Gravitacija Zemlje je tako znana in naravna, da je ne opazimo. Ampak kaj vemo o gravitaciji?

Ugotovimo, kako nastane, od česa je odvisno in kako se manifestira.

Gravitacija

Medsebojna privlačnost vseh teles v vesolju je bil odprt. To privlačnost imenujemo gravitacijska interakcija.

Ugotovil je tudi odvisnost teh sil od mase medsebojno delujočih teles in razdalje med njimi.

Večja ko je masa teles, večja je njihova privlačnost. Z večanjem razdalje pa se zmanjšuje.

Za nas zemljane je gravitacijska sila našega planeta še posebej pomembna. Silo, s katero Zemlja privlači telo k sebi, običajno imenujemo gravitacija.

Z oddaljenostjo od zemeljske površine se zmanjšuje in je vedno usmerjena proti središču Zemlje. To je Globus privlači zunanja telesa tako kot materialna točka. Naš planet je rahlo sploščen na polih (približno 27 km), gravitacija na teh točkah pa je nekoliko večja od gravitacije na ekvatorju ali na drugih zemljepisnih širinah. V skladu s tem je gravitacijska sila na vrhu gore nekoliko manjša kot ob vznožju.

Za označevanje te sile se uporablja simbol F heavy.

Telesna teža, breztežnost

Gravitacija je torej posledica interakcije teles z Zemljo. Toda v vsakdanjem življenju pogosto uporabljamo koncept telesne teže. Ugotovimo, kakšna je ta vrednost.

Da bi to naredili, se miselno prestavimo v stacionarno dvigalo. Teža njegovih potnikov P bo enaka gravitacijski sili (P = F gravitacija). V dvigalu, ki se dviga s pospeševanjem, je gravitacijska sila konstantna, vendar bo teža začela naraščati. To občutimo kot povečanje pritiska opore – tal. Dvigalo se spušča in postopoma upočasnjuje. Pritisk podpore bo postal manjši, tj. Ko gravitacija ostane enaka, se teža zmanjša.

... Sledi, ki jih pustijo ljudje, živali ali vozila na mokrem pesku ali snegu, natančno potrjujejo delovanje teh teles na oporo.

Telesna teža je sila, s katero mirujoča telesa delujejo na oporo ali raztezajo vzmetenje.

Treba je zapomniti, da gravitacija deluje na sredino predmeta, teža pa na oporo ali vzmetenje.

Kaj se zgodi s težo telesa, če opora ali vzmetenje izgine? Telo bo začelo prosto padati. In ker je odpornost proti njegovemu nadaljnjemu gibanju izginila, bo teža telesa postala nič. Za telesa v prostem padu nastopi breztežnostno stanje.

Padalec, ki breztežno leti, preden se padalo odpre, obiskovalci tobogana, ko preletijo najvišjo točko, in na splošno je vsak skok navzgor nekaj sekund breztežnosti pred pristankom.

Ampak Zakaj astronavti doživljajo breztežnost? v orbiti po izklopu motorjev na vesoljskem plovilu? V interakciji z Zemljo ti vesoljski objekti težijo k prostemu padcu, vendar je njihova vodoravna hitrost tako visoka (približno 8 km/s), da ne morejo pasti in leteti v svoji orbiti, ki opisuje zavoj za zavojem okoli Zemlje.

Vpliv Arhimedove sile na telesno težo

Do sedaj smo upoštevali manifestacije gravitacije, saj je interakcija potekala v brezzračnem okolju. Kako bo prisotnost plina ali tekočine vplivala na telesno težo?

Odgovor na to vprašanje je dal eden najvrednejših sinov starodavne Grčije - Arhimed 3 tisoč let pr.

Znanstvenik je trdil, da se kot posledica interakcije telesa z medijem (tekočina ali plin) pojavi vzgonska sila, usmerjena navpično navzgor. Njegova številčna vrednost je enaka teži tekočine, ki jo telo izpodrine.

Teža telesa v tekočini ali plinu je vedno manjša od teže tega telesa v vakuumu za količino vzgonske sile.

Če je predmet hermetično pritisnjen na dno, Arhimedova sila ne nastane.

Utež

S konceptom teže smo že seznanjeni. Pogovorimo se o masi:

• Sprva je bila masa razumljena kot količina snovi v telesu.
• Nato je bila vzpostavljena njegova povezava z inercijo. Večja kot je masa, bolj je telo inertno.
• Določa tudi gravitacijske značilnosti telesa. Masivnejša telesa imajo večjo gravitacijsko silo.
• Masa danega telesa bo enaka tako na Zemlji kot na Luni ali na katerem koli drugem planetu. Ni odvisno od geografske širine.
• Za označevanje se uporablja črka m in se meri v kg.

Teža se, tako kot vsaka sila, meri v newtonih (N). Obstaja formula, ki povezuje telesno maso in težo:

tukaj je g pospešek prostega pada.

Prosti pad

Telesa padajo preučeval italijanski znanstvenik Galileo. Opazoval je gibanje teles in jih metal iz zelo visokega nagnjenega stolpa v mestu Pisa. Po imenu mesta so ta stolp, visok 55 m, imenovali poševni stolp v Pisi.

Galileo je hkrati vrgel topovsko kroglo, težko 80 kg, in majhno kovinsko kroglo. Skoraj istočasno sta se dotaknila tal. Znanstvenik je ugotovil, da je edini razlog za nehkraten pristanek žog zračni upor.

Padec teles v brezzračnem prostoru samo pod vplivom gravitacije imenujemo prosti pad.

V zemeljskih razmerah lahko ta pojav opazujemo le približno. Ker atmosferski zrak je ovira za prosto padajoče telo.

S tem gibanjem se hitrost padajočih teles vsako sekundo poveča za 9,81 m/s.

To je pospešek prostega pada g = 9,81 m/ in se le malo spreminja s spremembami geografske širine kraja. Pri izračunih se pogosto vzame g = 10 m/s 2.

Na Luni, kjer je gravitacijska sila 6-krat manjša, je g = 1,6 m/s 2 .

Zdaj poteka zelo aktivna študija "rdečega planeta" - Marsa. Njegova masa je skoraj 10-krat manjša od mase našega domačega planeta. Zdi se, da bi se morala tudi teža teles zmanjšati za 10-krat. Vendar pa je polmer Marsa skoraj 2-krat manjši od polmera Zemlje, kar vodi do povečanja gravitacije za skoraj 4-krat. Navsezadnje bo gravitacijska sila, pa tudi teža telesa, le 1/3 zemeljske gravitacije.

Točno tako lahko ugotovite gravitacijo telesa na katerem koli planetu. Recimo, astronavt, katerega teža na Zemlji je 80 kg, bo na velikanskem planetu Jupiter tehtal 161,2 kg.

Gravitacijski moment

Vsako telo ima težišče.Če miselno obesite telo nanj, bo obdržalo prvotni položaj. Na primer, težišče žoge se nahaja v njenem geometrijskem središču. Nižje kot je težišče, bolj stabilen je položaj telesa. Zato smučar, ki drvi z gore, rahlo počepne. Tako premakne svoje težišče navzdol in s tem poveča svojo stabilnost.

»Seznanjen« z zakoni fizike in znano igračo kozarcem. Njegovo težišče je na dnu, saj je tam pritrjena utež. In že rahlo odstopanje te igrače vstran dvigne težišče. Gravitacija ustvari navor, ki povrne navpični položaj telesa.

Gravitacijski moment je zmnožek gravitacijske sile in kraka te sile:

M= Ž kabel L=mgL,

Kje
M - gravitacijski moment;
L je rama te sile, to je pravokotnica med linijo delovanja sile in središčem vrtenja.
Merska enota za navor je 1Nm.

Ko postavljate tovor v avtomobile ali na ladje, ga vedno postavite čim nižje. To zagotavlja stabilnost in ščiti transport tovora pred prevračanjem.

Delo gravitacije

Ali prosto padajoče telo deluje? Na primer meteorit, ki je k nam priletel iz globin vesolja, jabolko, ki je padlo z veje, ali kaskadni slap.

Pri vsaki navpični spremembi položaja telesa se njegovo težišče bodisi zniža ali dvigne. Gravitacijska sila deluje

kjer je mg = F težka.

Če gre telo navzdol, je delo pozitivno, če gre navzgor, je negativno. Na zaprti poti, ko je telo vrženo navpično navzgor in se nato prosto padajoče vrne na izhodiščno točko, je delo 0.

Zaključek

Gravitacija je imela veliko vlogo pri prilagajanju ljudi in živali življenju na kopnem. Zahvaljujoč sili gravitacije hodimo po zemlji in ne letimo v vesolje. Zadržuje atmosfero planetov in vodo v svetovnih oceanih. To dolgujemo gibanju planetov in njihovih satelitov v našem sončnem sistemu.

Naše spoznavanje zemeljske gravitacije je končano. Dolga stoletja so ljudje iskali načine, kako se osvoboditi zemeljskih spon. Skrivnosti antigravitacije še niso razkrite.

Toda človeštvu je uspelo premagati zemeljsko gravitacijo in doseči fantastičen uspeh pri raziskovanju vesolja.

Če bi bilo to sporočilo koristno za vas, bi bil vesel vašega obiska

Kaj je breztežnost? Lebdeče skodelice, sposobnost letenja in hoje po stropu ter premikanje tudi najbolj masivnih predmetov z lahkoto - takšna je romantična ideja tega fizičnega koncepta.

Če vprašate astronavta, kaj je breztežnost, vam bo povedal, kako težko je prvi teden na postaji in koliko časa traja okrevanje po vrnitvi, privajanje na razmere gravitacije. Fizik bo najverjetneje izpustil takšne nianse in razkril koncept z matematično natančnostjo z uporabo formul in številk.

Opredelitev

Začnimo seznanitev s pojavom z razkritjem znanstvenega bistva vprašanja. Fiziki definirajo breztežnost kot stanje telesa, ko njegovo gibanje ali zunanje sile, ki delujejo nanj, ne povzročajo medsebojnega pritiska delcev drug na drugega. Slednje se na našem planetu zgodi vedno, ko se kateri koli predmet premika ali miruje: nanj pritiskata gravitacija in nasprotno usmerjena reakcija površine, na kateri se predmet nahaja.

Izjema od tega pravila so primeri padcev s hitrostjo, ki jo telesu daje gravitacija. Pri takem procesu ni pritiska delcev drug na drugega, pojavi se breztežnost. Fizika pravi, da stanje, ki se pojavi v vesoljskih ladjah in včasih v letalih, temelji na istem principu. Breztežnost se v teh napravah pojavi, ko se premikajo s konstantno hitrostjo v katero koli smer in so v stanju prostega pada. Umetni satelit ali dostavljen v orbito z nosilno raketo. Zagotavlja jim določeno hitrost, ki se ohranja potem, ko naprava izklopi lastne motorje. V tem primeru se ladja začne premikati le pod vplivom gravitacije in nastopi breztežnost.

Doma

Posledice poletov za astronavte se tu ne končajo. Po vrnitvi na Zemljo se morajo nekaj časa prilagajati gravitaciji. Kaj je breztežnost za astronavta, ki je končal let? Najprej je to navada. Zavest še nekaj časa noče sprejeti dejstva o prisotnosti gravitacije. Posledično so pogosti primeri, ko astronavt, namesto da bi skodelico odložil na mizo, preprosto izpustil in napako ugotovil šele, ko je zaslišal zvok posode, ki se razbije po tleh.

Prehrana

Ena težkih in hkrati zanimivih nalog za organizatorje poletov s posadko je zagotoviti astronavtom hrano, ki jo telo pod vplivom breztežnosti zlahka prebavi v primerni obliki. Prvi poskusi med člani posadke niso vzbudili velikega navdušenja. V zvezi s tem je indikativen primer, ko je ameriški astronavt John Young v nasprotju s strogimi prepovedmi na krov prinesel sendvič, ki pa ga nista pojedla, da ne bi še bolj kršila predpisov.

Danes z raznolikostjo ni težav. Seznam jedi, ki so na voljo ruskim kozmonavtom, vključuje 250 izdelkov. Včasih bo tovorna ladja, ki odpluje na postajo, dostavila svež obrok, ki ga je naročil eden od članov posadke.

Osnova diete je Vse tekoče jedi, pijače in pireji so pakirani v aluminijaste tube. Embalaža in embalaža izdelkov je oblikovana tako, da se izognemo pojavu drobtin, ki lebdijo v breztežnosti in bi lahko komu zašle v oko. Na primer, piškoti so narejeni precej majhni in pokriti z lupino, ki se topi v ustih.

Znano okolje

Na postajah, kot je ISS, poskušajo vse pogoje približati tistim, ki jih poznajo na Zemlji. Sem spadajo nacionalne jedi na meniju, gibanje zraka, potrebno tako za delovanje telesa kot za normalno delovanje opreme, in celo določitev tal in stropa. Slednje ima bolj psihološki pomen. Astronavtu v ničelni gravitaciji ni vseeno, v kakšnem položaju naj dela, vendar dodelitev pogojnega tal in stropa zmanjša tveganje izgube orientacije in spodbuja hitrejšo prilagoditev.

Breztežnost je eden od razlogov, zakaj vsi niso sprejeti med astronavte. Prilagoditev ob prihodu na postajo in po vrnitvi na Zemljo je primerljiva z aklimatizacijo, večkrat izboljšano. Oseba s slabim zdravjem morda ne bo mogla prenesti takšne obremenitve.

Teža kot sila, s katero telo deluje na podlago, oporo ali vzmetenje. Teža nastane zaradi gravitacijske privlačnosti Zemlje. Številčno je teža enaka gravitacijski sili, le da je slednja na središče mase telesa, teža pa na oporo.

Breztežnost – ničelna teža, lahko nastopi, če ni gravitacijske sile, torej je telo dovolj oddaljeno od masivnih predmetov, ki ga lahko privlačijo.

Mednarodna vesoljska postaja se nahaja 350 km od Zemlje. Na tej razdalji je gravitacijski pospešek (g) 8,8 m/s2, kar je le 10 % manj kot na površini planeta.

To se v praksi redko vidi - gravitacijski vpliv vedno obstaja. Na astronavte na ISS še vedno vpliva Zemlja, vendar tam vlada breztežnost.

Drugi primer breztežnosti se pojavi, ko gravitacijo kompenzirajo druge sile. Na primer, ISS je podvržena gravitaciji, ki je nekoliko zmanjšana zaradi razdalje, vendar se postaja tudi giblje v krožni orbiti z ubežno hitrostjo in centrifugalna sila kompenzira gravitacijo.

Breztežnost na Zemlji

Pojav breztežnosti je možen tudi na Zemlji. Pod vplivom pospeška se lahko telesna teža zmanjša in celo postane negativna. Klasičen primer, ki so ga podali fiziki, je padajoče dvigalo.

Če se dvigalo premika navzdol s pospeškom, se bo pritisk na tla dvigala in s tem teža zmanjšal. Poleg tega, če je pospešek enak gravitacijskemu pospešku, to pomeni, da dvigalo pade, bo teža teles postala nič.

Negativna teža se opazi, če pospešek gibanja dvigala presega pospešek gravitacije - telesa v notranjosti se bodo "prilepila" na strop kabine.

Ta učinek se pogosto uporablja za simulacijo breztežnosti pri usposabljanju astronavtov. Letalo, opremljeno z vadbeno komoro, se dvigne na precejšnjo višino. Nato se potopi navzdol po balistični poti, pravzaprav se stroj izravna na površini zemlje. Pri potapljanju z 11 tisoč metrov lahko dobite 40 sekund breztežnosti, ki se uporablja za trening.

Obstaja napačno prepričanje, da takšni ljudje izvajajo zapletene figure, kot je "zanka Nesterov", da bi dosegli breztežnost. Pravzaprav se za šolanje uporabljajo spremenjena serijska potniška letala, ki niso sposobna kompleksnih manevrov.

Fizični izraz

Fizikalna formula za težo (P) med pospešenim gibanjem nosilca, pa naj bo to padajoči steznik ali potapljajoče letalo, je naslednja:

kjer je m telesna masa,
g – pospešek prostega pada,
a je pospešek podpore.

Ko sta g in a enaka, je P=0, kar pomeni, da je dosežena breztežnost.

V prejšnjih lekcijah smo razpravljali o tem, kaj je sila univerzalne gravitacije in njen poseben primer - sila gravitacije, ki deluje na telesa, ki se nahajajo na Zemlji.

Gravitacija je sila, ki deluje na katero koli materialno telo, ki se nahaja blizu površine Zemlje ali drugega astronomskega telesa. Gravitacija igra ključno vlogo v našem življenju, saj je vse, kar nas obdaja, podvrženo njenemu vplivu. Danes si bomo ogledali še eno silo, ki jo največkrat povezujemo z gravitacijo. Ta sila je telesna teža. Tema današnje lekcije: "Telesna teža. Breztežnost"

Pod delovanjem prožne sile, ki deluje na zgornji rob telesa, se tudi to telo deformira, druga prožnostna sila pa nastane zaradi deformacije telesa. Ta sila deluje na spodnji rob vzmeti. Poleg tega je po velikosti enaka elastični sili vzmeti in je usmerjena navzdol. To je prožna sila telesa, ki jo bomo imenovali njegova teža, to je, da je teža telesa pritrjena na vzmet in usmerjena navzdol.

Po ugasnitvi nihanj telesa na vzmeti bo sistem dosegel stanje ravnotežja, v katerem bo vsota sil, ki delujejo na telo, enaka nič. To pomeni, da je sila težnosti po velikosti enaka in v nasprotni smeri elastični sili vzmeti (slika 2). Slednja je po velikosti enaka in po smeri nasprotna teži telesa, kot smo že ugotovili. To pomeni, da je sila gravitacije po velikosti enaka teži telesa. To razmerje ni univerzalno, vendar je v našem primeru pošteno.

riž. 2. Teža in gravitacija ()

Zgornja formula ne pomeni, da sta gravitacija in teža ista stvar. Ti dve sili sta po naravi različni. Teža je elastična sila, ki deluje na vzmetenje s strani telesa, gravitacija pa je sila, ki deluje na telo s strani Zemlje.

riž. 3. Teža in teža telesa na vzmetenju in na nosilcu ()

Ugotovimo nekaj značilnosti teže. Teža je sila, s katero telo pritiska na oporo ali razteza vzmetenje, iz česar sledi, da če telo ni obešeno ali ni pritrjeno na oporo, je njegova teža enaka nič. Ta ugotovitev se zdi v nasprotju z našo vsakodnevno izkušnjo. Vendar ima precej poštene fizične primere.

Če vzmet s telesom, obešenim nanjo, sprostimo in pustimo, da prosto pade, bo indikator dinamometra pokazal ničelno vrednost (slika 4). Razlog za to je preprost: breme in dinamometer se gibljeta z enakim pospeškom (g) in enako ničelno začetno hitrostjo (V 0). Spodnji konec vzmeti se premika sinhrono z obremenitvijo, pri tem pa vzmet ni deformirana in v vzmeti ne nastane prožna sila. Posledično ne obstaja protiprožnostna sila, ki je teža telesa, to pomeni, da telo nima teže oziroma je breztežno.

riž. 4. Prosti pad vzmeti s telesom, obešenim na njem ()

Breztežnostno stanje nastane zaradi dejstva, da v zemeljskih razmerah sila gravitacije daje vsem telesom enak pospešek, tako imenovani gravitacijski pospešek. Za naš primer lahko rečemo, da se breme in dinamometer gibata z enakim pospeškom. Če na telo deluje le sila težnosti ali samo sila univerzalne težnosti, je to telo v breztežnostnem stanju. Pomembno je razumeti, da v tem primeru izgine samo teža telesa, ne pa tudi sila gravitacije, ki deluje na to telo.

Breztežnostno stanje ni eksotika, mnogi ste ga izkusili precej pogosto - vsak človek, ki se odbije ali skoči s katere koli višine, je v breztežnostnem stanju vse do trenutka pristanka.

Oglejmo si primer, ko se dinamometer in telo, pritrjeno na njegovo vzmet, premikata navzdol z določenim pospeškom, vendar ne padata prosto. Odčitki na dinamometru se bodo zmanjšali v primerjavi z odčitki pri stacionarni obremenitvi in ​​vzmeti, kar pomeni, da je telesna teža postala manjša, kot je bila v mirovanju. Kaj je razlog za to zmanjšanje? Dajmo matematično razlago, ki temelji na drugem Newtonovem zakonu.

riž. 5. Matematična razlaga telesne teže ()

Na telo delujeta dve sili: sila težnosti, obrnjena navzdol, in prožnostna sila vzmeti, obrnjena navzgor. Ti dve sili dajeta telesu pospešek. in enačba gibanja bo:

Izberimo os y (slika 5), ​​ker so vse sile usmerjene navpično, nam zadostuje že ena os. Kot rezultat projekcije in prenosa izrazov dobimo, da bo modul elastične sile enak:

ma = mg - F kontrola

F nadzor = mg - ma,

kjer sta na levi in ​​desni strani enačbe projekciji sil, določenih v drugem Newtonovem zakonu, na os y. Po definiciji je absolutna teža telesa enaka prožni sili vzmeti in z zamenjavo njene vrednosti dobimo:

P = F nadzor = mg - ma = m(g - a)

Teža telesa je enaka zmnožku mase telesa in razlike pospeškov. Iz dobljene formule je razvidno, da če je modul pospeška telesa manjši od modula pospeška gravitacije, potem je teža telesa manjša od sile gravitacije, to je teža telesa, ki se giblje pospešeno. hitrost je manjša od teže telesa v mirovanju.

Oglejmo si primer, ko se telo z utežjo hitro premika navzgor (slika 6).

Igla dinamometra bo pokazala vrednost telesne teže, ki je večja od vrednosti bremena v mirovanju.

riž. 6. Telo z utežjo se hitro premika navzgor ()

Telo se giblje navzgor, njegov pospešek pa je usmerjen v isto smer, zato moramo projekciji pospeška spremeniti predznak na os y.

Iz formule je razvidno, da je zdaj teža telesa večja od sile gravitacije, torej večja od teže telesa v mirovanju.

Povečanje telesne teže zaradi njegovega pospešenega gibanja imenujemo preobremenitev.

To ne velja le za telo, obešeno na vzmet, ampak tudi za telo, nameščeno na nosilcu.

Oglejmo si primer, ko se telo med pospešenim gibanjem spreminja (slika 7).

Avto se premika po mostu s konveksno potjo, to je po ukrivljeni poti. Obliko mostu bomo obravnavali kot lok kroga. Iz kinematike vemo, da se avtomobil giblje s centripetalnim pospeškom, katerega velikost je enaka kvadratu hitrosti, deljeni s polmerom ukrivljenosti mostu. V trenutku, ko je na najvišji točki, bo ta pospešek usmerjen navpično navzdol. Po drugem Newtonovem zakonu ta pospešek posredujeta avtomobilu rezultantna gravitacijska sila in sila reakcije tal.

Izberemo koordinatno os y, usmerjeno navpično navzgor, in zapišemo to enačbo v projekciji na izbrano os, nadomestimo vrednosti in izvedemo transformacije:

riž. 7. Najvišja točka avtomobila ()

Teža avtomobila je po tretjem Newtonovem zakonu po modulu enaka reakcijski sili podpore (), medtem ko vidimo, da je modul teže avtomobila manjši od sile težnosti, to je manjši od teža stoječega avtomobila.

Pri izstrelitvi z Zemlje se raketa giblje navpično navzgor s pospeškom a=20 m/s 2 . Kolikšna je teža pilota kozmonavta v kabini rakete, če je njegova masa m=80 kg?

Povsem očitno je, da je pospešek rakete usmerjen navzgor in da ga rešimo, moramo uporabiti formulo telesne teže za primer s preobremenitvijo (slika 8).

riž. 8. Ilustracija k nalogi

Upoštevati je treba, da če ima telo, ki miruje glede na Zemljo, težo 2400 N, potem je njegova masa 240 kg, kar pomeni, da se astronavt počuti trikrat bolj masiven, kot je v resnici.

Analizirali smo pojem telesne teže, ugotovili osnovne lastnosti te količine in pridobili formule, ki nam omogočajo izračun teže telesa, ki se giblje pospešeno.

Če se telo premika navpično navzdol in je njegov modul pospeška manjši od gravitacijskega pospeška, se teža telesa zmanjša v primerjavi z vrednostjo teže mirujočega telesa.

Če se telo pospešeno premika navpično navzgor, se njegova teža poveča in telo doživi preobremenitev.

Bibliografija

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (osnovna raven) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10. razred. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika - 9, Moskva, Izobraževanje, 1990.

Domača naloga

1. Določite telesno težo.
2. Kakšna je razlika med telesno težo in gravitacijo?
3. Kdaj nastopi breztežnostno stanje?

1. Internetni portal Physics.kgsu.ru ().
2. Internetni portal Festival.1september.ru ().
3. Internetni portal Terver.ru ().

Vsi smo že slišali za breztežnost. Ko slišimo to besedo, si predstavljamo astronavte, ki prosto lebdijo znotraj vesoljske postaje. Poskusimo odgovoriti na na videz preprosto vprašanje: kaj je ta breztežnost?
TEŽA, torej telesu primanjkuje teže. Se pravi, da bi pravilno razumeli, kaj je breztežnost, moramo jasno razumeti, kaj je telesna teža.

Utež- sila telesa, ki deluje na oporo (ali vzmetenje ali drugo vrsto pritrditve), ki preprečuje padec, ki nastane v polju gravitacije. Določeno z izrazom:

P = mg, Kje:

R- telesna teža, m- telesna masa, g - pospešek prostega pada.

Vrednost teže je sorazmerna s težnim pospeškom, ki je odvisen od višine nad zemeljsko površino, zaradi njene rotacije pa tudi od geografskih koordinat merilne točke.

Ko se sistem premika, je telo opora (ali vzmetenje) glede na inercialni referenčni okvir s pospeškom A teža preneha sovpadati s silo gravitacije, ki deluje na to telo:

P = m(g - a)

Zaradi rotacije Zemlje pride do zmanjšanja teže zemljepisne širine: na ekvatorju približno 0,3 % manj kot na polih.

Opozoriti je treba tudi, da po tretjem Newtonovem zakonu ne deluje le telo na oporo (vzmetenje), ampak tudi opora (vzmetenje) deluje na telo s silo, imenovano reakcijska sila nosilca (vzmetenje). Ta sila je številčno enaka teži telesa in je usmerjena nasproti delovanju težnosti. Takrat na telo delujeta dve po velikosti enaki in nasprotno smerni sili, to pomeni, da je njuna rezultanta enaka nič, kar pomeni, da telo bodisi miruje bodisi se giblje enakomerno in premočrtno.

To pomeni, da je breztežnost (pomanjkanje teže) stanje, v katerem odsoten Sila interakcije telesa z oporo (ali vzmetenjem), ki nastane zaradi gravitacijske privlačnosti, delovanja drugih masnih sil, zlasti vztrajnostne sile, ki nastane med pospešenim gibanjem telesa.

Nato pomislimo, kaj se bo zgodilo, če tako telo kot njegova opora padeta v polje gravitacijskih sil. Tedaj, ker se bosta tako opora kot telo gibala z enako hitrostjo, telo s svojo maso ne bo pritiskalo na to oporo, torej nanjo ne bo delovalo. To pomeni, da je teža telesa (sila, s katero deluje na oporo) enaka nič. Kje je to mogoče opaziti v praksi? Predstavljajmo si kabino dvigala, ki je bila strgana s kablov in prosto pada po jašku. Tako kabina kot potnik se premikata z enakim pospeškom g = 9,8 m/s 2. Potem potnik ne bo vplival na tla dvigala, to pomeni, da bo doživel breztežnostno stanje. Takrat bo lahko prosto lebdel v prostoru kabine dvigala. Seveda ta poskus običajno vodi v smrt subjekta. Toda obstaja bolj pogosta situacija. Ko se dvigalo šele začne premikati navzdol (se pravi, da se premika pospešeno in pridobiva normalno hitrost), vaše telo še ni doseglo te hitrosti in skoraj ne pritiska na tla, kar pomeni, da tehta skoraj nič. Potem, ko dvigalo pospešuje in se nato enakomerno giblje, se enakomerno giblješ tudi ti z njim, torej kot običajno s telesom pritiskaš na oporo (tla dvigala), kar pomeni, da breztežnostnega stanja ni.

Let z vesoljskim plovilom, ki kroži okoli Zemlje, ni nič drugega kot nenehno padanje na Zemljo. Enostavno, naprava se v orbiti giblje z zelo veliko hitrostjo (cca. 8 km/s) in ob padcu na Zemljo (navpično) uspe prepotovati tolikšno razdaljo v vodoravni smeri, da zaradi sferične oblike Zemlja, razdalja do njene površine se ne zmanjša. Telo pade brez padca. Paradoks? Resničnost!

To pomeni, da je kabina vesoljskega plovila isto dvigalo, ki je padlo s kablov. In vsa telesa v njej bodo doživela breztežnostno stanje. Prosto bodo lebdeli v kabini vesoljskega plovila, dogajalo pa se bo več zanimivih učinkov, o katerih bom govoril v eni od naslednjih objav.

Za urjenje astronavtov na Zemlji lahko za kratek čas ustvarimo breztežnostno stanje. Posebno letalo se potaplja po hiperbolični trajektoriji, torej dejansko pada s pospeškom g, z enakim pospeškom padajo tudi ljudje v njegovi kabini. To pomeni, da so v breztežnostnem stanju. Na ta način lahko ustvarite breztežnost za približno eno minuto, nato pa letalo preide iz potopa v vzpon, nato pa se spet potopi in vse se ponovi. Na Zemlji je torej mogoče ustvariti breztežnost.

To je zelo pomembno razumeti utež in utež telesa, strogo gledano, nista ista stvar, čeprav se v vsakdanjem življenju pogosto uporablja pojem "teža", ko govorimo o masi teles. Opredelitev telesne teže je bila podana že zgoraj. In masa telesa je merilo njegove vztrajnosti, to je zmožnosti ohranjanja stanja mirovanja ali enakomernega premočrtnega gibanja, ko je izpostavljeno drugim telesom, ki poskušajo to stanje spremeniti. Za interakcijo teles je značilna taka količina, kot je sila. Ko je telo izpostavljeno sili F, se mu poroča pospešek A, odvisno od telesne teže m:

a = F/m.

Vidimo, da večja kot je masa telesa, manjši je pospešek , ki mu jih posreduje sila enake velikosti. Če poskusimo to najprej preizkusiti na Zemlji in nato na krovu vesoljskega plovila (v breztežnosti), bomo videli, da to pravilo drži v obeh primerih. To pomeni, da telesna masa in teža nista isto. Telesna teža lahko izgine, a telesna teža vedno ostane enaka. Res je, da se v relativistični mehaniki masa teles lahko spreminja (narašča v neskončnost), vendar je to povsem druga zgodba, ki pa bo prav tako nekoč postala predmet našega razmišljanja.

Vmes pa se spet vidimo. Hvala vsem, ki ste prebrali do konca, kajti »večknjiga« ni dana vsakomur, ampak le najbolj vedoželjnim.