Явление тяготения. Сила тяжести

Взаимное притяжение всех тел Вселенной называется всемирным тяготением.

Сила, с которой все тела притягиваются друг к другу, называется силой всемирного тяготения(или гравитационной силой).

Английский ученый И. Ньютон установил закон всемирного тяготения: Все тела притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

G – коэффициент пропорциональности, который называется гравитационной постоянной.

Опытным путем английский ученый Генри Кавендиш (1731–1810) в 1798 году установил, что .

Примечание:

1. Закон всемирного тяготения в форме, записанной выше, справедлив для материальных точек, а так же для однородных сфер и шаров (в этом случае r – расстояние между центрами сфер или шаров).

2. Массы, входящие в закон всемирного тяготения, характеризуют способность тел притягивать друг друга. Масса, являющаяся мерой тяготения, называется гравитационной.

Опытным путем установлено, что гравитационная масса равна инертной (впервые доказал И. Ньютон).

Сила тяжести – сила, с которой Земля (или другое небесное тело) притягивает к себе различные тела.

Природа силы тяжести – гравитационная.

Примечание: 1. Сила тяжести приложена к телу.

2. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз (к центру Земли).

Из закона всемирного тяготения следует, что если тело находится на поверхности Земли (или другой планеты) или вблизи нее, то

, где

F – сила тяжести;

M – масса Земли (или другой планеты);

R – радиус Земли (или другой планеты);

m – масса тела;

G – гравитационная постоянная.

Для данного небесного тела .

Для Земли (численно равна силе тяжести, действующей на тело массой 1 кг, находящееся на поверхности Земли или вблизи нее).

Тогда силу тяжести, действующую на тело массой m, можно определить по формуле:

, где

m – масса тела (должна быть выражена в кг!);

g – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, сила тяжести прямо пропорциональна массе тела.

Выясним физический смысл g.

Из второго закона Ньютона следует, что любую силу, вне зависимости от природы. Можно вычислить как , где m* – инертная масса. С другой стороны , где m – гравитационная масса.

Т. е. . Исходя из равенства гравитационной и инертной масс, имеем, что a = g.

Следовательно, g – ускорение, которое сообщает сила тяжести всем телам (ускорение свободного падения)

Примечание: Ускорения свободного падения для различных небесных тел:

Солнце	274 м/с²	Юпитер	26 м/с²
Меркурий	3,7 м/с²	Сатурн	11 м/с²
Венера	8,9 м/с²	Уран	9 м/с²
Земля	9,8 м/с²	Нептун	12 м/с²
Луна	1,6 м/с²	Плутон	0,6 м/с²
Марс	3,7 м/с²

Если тело находится на высоте h над поверхностью Земли (или другой планеты), то силу тяжести рассчитывают по формуле:

Замечание: В общем случае коэффициент пропорциональности g зависит от массы небесного тела; его радиуса и от высоты над поверхностью небесного тела .

Задание: 1) Известно, что земной шар немного сплюснут у полюсов. Как изменится сила тяжести, действующая на тело, если: а) тело перенести с экватора на полюс; б) тело перенести в другое место земного шара, лежащее на той же широте?

2) Как изменится сила тяжести, действующая на тело, если его поднять с подножия горы на ее вершину?

3) Используя вышеприведенную таблицу или учебник (материал для дополнительного чтения п.3),запишите в тетради планеты, на которых сила тяжести: а) больше, чем на Земле; б) меньше, чем на Земле. С чем это связано?

Сила упругости.

Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещению частиц тела при деформации, называется силой упругости.

Примечание: Сила упругости приложена к телу, вызвавшему деформацию.

Виды деформаций: растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг, кручение. Все виды деформаций можно свести к деформациям растяжения и сдвига.

РАСТЯЖЕНИЕ

СЖАТИЕ

СДВИГ КРУЧЕНИЕ

ИЗГИБ

Деформации, полностью исчезающие после прекращения действия силы, вызвавшей деформацию, называются упругими.

Если деформации, полностью не исчезают после прекращения действия силы, вызвавшей деформацию, то они называются пластическими.

Задание: Приведите примеры упругих и пластических деформаций.

Закон английского ученого РобертаГука (1635–1703): При упругих деформациях модуль силы упругости прямо пропорционален величине деформации.

, где

F – сила упругости;

x – величина деформации;

k – коэффициент пропорциональности, который называется жесткостью тела (или коэффициентом упругости).

Жесткость тела зависит от его размеров, формы и материала, из которого оно изготовлено.

Единица измерения жесткости тела в СИ: 1 ньютон на метр ().

Примечание:

1. Сила упругости, возникающая в подвесе, называется силой натяжения подвеса.

Иногда обозначается .

2. Сила упругости, действующая на тело со стороны опоры и направленная перпендикулярно ее поверхности, называется силой реакции опоры.

Иногда обозначается .

Вес тела.

При взаимодействии тела с опорой (или подвесом) вследствие действия силы тяжести деформируется не только опора (или подвес), но и тело. В результате этого со стороны деформированного тела на опору (или подвес) действует сила упругости. Эта сила упругости называется весом тела.

Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Обозначение: - вектор веса тела;

P – модуль веса тела.

Примечание:

1. Вес тела приложен к опоре (или подвесу).

2. Если тело и горизонтальная опора (вертикальный подвес) неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела P по своему численному значению равен силе тяжести F:

3. Невесомость – явление, при котором тело не действует на опору или подвес, то есть вес тела равен нулю.

Динамометр.

Динамометр – прибор для измерения силы.

Главная часть динамометра – пружина, растягивающаяся в пределах упругих деформаций. К пружине прикреплен указатель, скользящий вдоль шкалы, размеченной в единицах силы. Так как, согласно закону Гука, сила упругости прямо пропорциональна удлинению пружины, то шкала прибора равномерная.

Принцип действия пружинного динамометра основан на сравнении измеряемой силы с силой упругости пружины.

Задание: Объясните, как можно проградуировать пружину; как получить шкалу с ценой деления 0,1 Н.

9 10 11 12 13 14 15

Подборка статей по вашей теме: