Šajā rindkopā mēs jums atgādināsim par gravitāciju, centripetālo paātrinājumu un ķermeņa svaru.
Katru planētas ķermeni ietekmē Zemes gravitācija. Spēku, ar kādu Zeme pievelk katru ķermeni, nosaka formula
Lietošanas punkts atrodas ķermeņa smaguma centrā. Gravitācija vienmēr vērsts vertikāli uz leju.
Tiek saukts spēks, ar kādu ķermenis tiek piesaistīts Zemei Zemes gravitācijas lauka ietekmē smagums. Likumā smagums uz Zemes virsmas (vai šīs virsmas tuvumā) uz ķermeņa masu m iedarbojas gravitācijas spēks
F t \u003d GMm / R 2
kur M ir Zemes masa; R ir Zemes rādiuss.
Ja uz ķermeni iedarbojas tikai gravitācija un visi pārējie spēki ir savstarpēji līdzsvaroti, ķermenis atrodas brīvā kritienā. Saskaņā ar Ņūtona otro likumu un formulu F t \u003d GMm / R 2 paātrinājuma modulis Brīvais kritiens g tiek atrasts pēc formulas
g=Ft/m=GM/R2.
No formulas (2.29) izriet, ka brīvā kritiena paātrinājums nav atkarīgs no krītošā ķermeņa masas m, t.i. visiem ķermeņiem noteiktā Zemes vietā tas ir vienāds. No formulas (2.29.) izriet, ka Fт = mg. Vektora formā
F t \u003d mg
5. § tika atzīmēts, ka, tā kā Zeme nav sfēra, bet gan revolūcijas elipsoīds, tās polārais rādiuss ir mazāks par ekvatoriālo. No formulas F t \u003d GMm / R 2 redzams, ka šī iemesla dēļ gravitācijas spēks un tā radītais brīvā kritiena paātrinājums polā ir lielāks nekā pie ekvatora.
Gravitācijas spēks iedarbojas uz visiem ķermeņiem Zemes gravitācijas laukā, bet ne visi ķermeņi nokrīt uz Zemi. Tas ir saistīts ar faktu, ka daudzu ķermeņu kustību kavē citi ķermeņi, piemēram, balsti, piekares vītnes u.c. Ķermeņi, kas ierobežo citu ķermeņu kustību, tiek saukti. savienojumiem. Smaguma ietekmē saites tiek deformētas, un deformētās saites reakcijas spēks saskaņā ar Ņūtona trešo likumu līdzsvaro gravitācijas spēku.
Brīvā kritiena paātrinājumu ietekmē Zemes rotācija. Šī ietekme ir izskaidrota šādi. Ar Zemes virsmu saistītie atskaites rāmji (izņemot divus, kas saistīti ar Zemes poliem) nav, stingri ņemot, inerciālie atskaites rāmji - Zeme griežas ap savu asi, un šādi atskaites rāmji pārvietojas pa apļiem. ar centripetālo paātrinājumu kopā ar to. Šī atskaites sistēmu neinertialitāte izpaužas jo īpaši tajā, ka brīvā kritiena paātrinājuma vērtība izrādās atšķirīga dažādas vietas Zeme un ir atkarīgs no ģeogrāfiskais platums vieta, kur atrodas ar Zemi saistītais atskaites rāmis, attiecībā pret kuru tiek noteikts brīvā kritiena paātrinājums.
Mērījumi, kas veikti dažādos platuma grādos, parādīja, ka gravitācijas paātrinājuma skaitliskās vērtības maz atšķiras viena no otras. Tāpēc ar ne pārāk precīziem aprēķiniem var neņemt vērā neinerciālās atskaites sistēmas, kas saistītas ar Zemes virsmu, kā arī Zemes formas atšķirību no sfēriskās formas un pieņemt, ka brīvā kritiena paātrinājums jebkurā vietā. uz Zemes ir vienāds un vienāds ar 9,8 m / s 2.
No universālās gravitācijas likuma izriet, ka gravitācijas spēks un tā izraisītais brīvā kritiena paātrinājums samazinās, palielinoties attālumam no Zemes. Augstumā h no Zemes virsmas gravitācijas paātrinājuma moduli nosaka pēc formulas
g=GM/(R+h) 2.
Konstatēts, ka 300 km augstumā virs Zemes virsmas brīvā kritiena paātrinājums ir par 1 m/s2 mazāks nekā uz Zemes virsmas.
Līdz ar to Zemes tuvumā (līdz pat vairāku kilometru augstumam) gravitācijas spēks praktiski nemainās, un tāpēc ķermeņu brīvais kritiens Zemes tuvumā ir vienmērīgi paātrināta kustība.
Ķermeņa masa. Bezsvara stāvoklis un pārslodze
Tiek saukts spēks, kurā ķermenis, pateicoties pievilcībai Zemei, iedarbojas uz tā balstu vai balstiekārtu ķermeņa masa. Atšķirībā no gravitācijas, kas ir ķermenim pielikts gravitācijas spēks, svars ir elastīgs spēks, kas tiek pielikts balstam vai balstiekārtai (t.i., savienojumam).
Novērojumi liecina, ka ķermeņa P svars, kas noteikts uz atsperes svariem, ir vienāds ar gravitācijas spēku F t, kas iedarbojas uz ķermeni, tikai tad, ja līdzsvars ar ķermeni attiecībā pret Zemi atrodas miera stāvoklī vai kustas vienmērīgi un taisni; Šajā gadījumā
P \u003d F t \u003d mg.
Ja ķermenis pārvietojas ar paātrinājumu, tad tā svars ir atkarīgs no šī paātrinājuma vērtības un no tā virziena attiecībā pret brīvā kritiena paātrinājuma virzienu.
Kad ķermenis ir piekārts uz atsperes līdzsvara, uz to iedarbojas divi spēki: gravitācijas spēks F t =mg un atsperes elastības spēks F yp. Ja vienlaikus ķermenis pārvietojas vertikāli uz augšu vai uz leju attiecībā pret brīvā kritiena paātrinājuma virzienu, tad spēku F t un F yn vektora summa dod rezultāto, kas izraisa ķermeņa paātrinājumu, t.i.
F t + F paka \u003d ma.
Saskaņā ar iepriekš minēto jēdziena "svars" definīciju mēs varam rakstīt, ka P=-F yp. No formulas: F t + F paka \u003d ma. ņemot vērā to, ka F t =mg, no tā izriet, ka mg-ma=-F ip . Tāpēc P \u003d m (g-a).
Spēki F t un F yn ir vērsti pa vienu vertikālu taisni. Tāpēc, ja ķermeņa a paātrinājums ir vērsts uz leju (t.i., tas sakrīt virzienā ar brīvā kritiena paātrinājumu g), tad modulo
P=m(g-a)
Ja ķermeņa paātrinājums ir vērsts uz augšu (t.i., pretēji brīvā kritiena paātrinājuma virzienam), tad
P \u003d m \u003d m (g + a).
Līdz ar to tāda ķermeņa svars, kura paātrinājums virzienā sakrīt ar brīvā kritiena paātrinājumu, ir mazāks par ķermeņa svaru miera stāvoklī, un tāda ķermeņa svars, kura paātrinājums ir pretējs brīvā kritiena paātrinājuma virzienam, ir lielāks par ķermeņa svars miera stāvoklī. Ķermeņa svara pieaugumu, ko izraisa tā paātrinātā kustība, sauc pārslodze.
Brīvajā kritienā a=g. No formulas: P=m(g-a)
no tā izriet, ka šajā gadījumā P=0, t.i., svara nav. Tāpēc, ja ķermeņi pārvietojas tikai gravitācijas ietekmē (t.i., brīvi krīt), tie atrodas stāvoklī bezsvara stāvoklis. raksturīga iezīmešis stāvoklis ir deformāciju neesamība brīvi krītošos ķermeņos un iekšējie spriegumi, ko miera stāvoklī esošajos ķermeņos izraisa gravitācija. Ķermeņu bezsvara stāvokļa iemesls ir tas, ka gravitācijas spēks brīvi krītošam ķermenim un tā balstam (vai balstiekārtai) piešķir vienādus paātrinājumus.
Gravitācija ir spēks, ar kādu ķermenis pievelk Zemei universālās gravitācijas dēļ. Gravitācijas spēks liek visiem ķermeņiem, uz kuriem neiedarbojas citi spēki, virzīties uz leju ar brīvā kritiena paātrinājumu, g. Visi ķermeņi Visumā tiek piesaistīti viens otram, un jo lielāka ir to masa un tuvāk tie atrodas, jo spēcīgāka ir pievilkšanās. Lai aprēķinātu gravitācijas spēku, ķermeņa masa jāreizina ar koeficientu, kas apzīmēts ar burtu g, kas ir aptuveni vienāds ar 9,8 N / kg. Tādējādi gravitāciju aprēķina pēc formulas
Gravitācijas spēks ir aptuveni vienāds ar Zemes gravitācijas pievilkšanas spēku (smaguma spēka un gravitācijas spēka atšķirība ir saistīta ar to, ka ar Zemi saistītais atskaites rāmis nav pilnībā inerciāls).
Berzes spēks.
Berzes spēks - spēks, kas rodas ķermeņu saskares punktā un novērš to relatīvo kustību. Berzes spēka virziens ir pretējs kustības virzienam.
Atšķiriet statiskās berzes spēku un slīdošās berzes spēku. Ja ķermenis slīd pa jebkuru virsmu, tā kustību kavē slīdošais berzes spēks.
, kur N— atbalsta reakcijas spēki, a μ ir slīdēšanas berzes koeficients. Koeficients μ ir atkarīgs no saskares virsmu materiāla un apstrādes kvalitātes un nav atkarīgs no ķermeņa svara. Berzes koeficientu nosaka empīriski.
Slīdošās berzes spēks vienmēr ir vērsts pretēji ķermeņa kustībai. Mainoties ātruma virzienam, mainās arī berzes spēka virziens.
Berzes spēks sāk iedarboties uz ķermeni, kad viņi mēģina to pārvietot. Ja ārējs spēks F mazāk produktu μN, tad ķermenis nekustēsies - kustības sākumu, kā saka, traucē pārējais berzes spēks . Ķermenis sāks kustēties tikai ārēja spēka ietekmē F pārsniedz maksimālo vērtību, kāda var būt statiskajam berzes spēkam
Atpūtas berze - berzes spēks, kas neļauj vienam ķermenim pārvietoties uz cita ķermeņa virsmu. Atsevišķos gadījumos noder berze (bez berzes cilvēkam, dzīvniekiem nebūtu iespējams staigāt pa zemi, pārvietot mašīnas, vilcienus utt.), tādos gadījumos berze tiek palielināta. Bet citos gadījumos berze ir kaitīga. Piemēram, tā dēļ nolietojas mehānismu berzes daļas, transportā tiek patērēta liekā degviela utt. Pēc tam tiek apkarota berze, izmantojot eļļošanu vai slīdēšanu aizstājot ar slīpumu.
Berzes spēki nav atkarīgi no ķermeņu relatīvā stāvokļa koordinātām, tie var būt atkarīgi no saskarē esošo ķermeņu relatīvās kustības ātruma. Berzes spēki ir nepotenciāli spēki.
Svars un bezsvara stāvoklis.
Svars - ķermeņa trieciena spēks uz balstu (vai balstiekārtu vai cita veida stiprinājumu), kas novērš kritienu, rodas gravitācijas laukā. Šajā gadījumā iegūtie elastīgie spēki sāk iedarboties uz ķermeni ar iegūto P vērstu uz augšu, un ķermenim pielikto spēku summa kļūst vienāda ar nulli.
Smaguma spēks ir tieši proporcionāls ķermeņa masai un ir atkarīgs no brīvā kritiena paātrinājuma, kas ir maksimālais Zemes polios un pakāpeniski samazinās, virzoties uz ekvatoru. Zemes saplacinātā forma pie poliem un tās griešanās ap savu asi noved pie tā, ka pie ekvatora brīvā kritiena paātrinājums ir aptuveni par 0,5% mazāks nekā pie poliem. Tāpēc ķermeņa svars, ko mēra ar atsperes svaru, būs mazāks pie ekvatora nekā pie poliem. Ķermeņa svars uz Zemes var būt ļoti atšķirīgs plaša spektra un dažreiz pat pazūd.
Piemēram, krītošā liftā mūsu svars būs 0, un mēs būsim bezsvara stāvoklī. Taču bezsvara stāvoklis var būt ne tikai krītoša lifta kabīnē, bet arī kosmosa stacijā, kas griežas ap Zemi. Rotējot pa apli, satelīts pārvietojas ar centripetālu paātrinājumu, un vienīgais spēks, kas tam var dot šādu paātrinājumu, ir gravitācija. Tāpēc kopā ar satelītu, griežoties ap Zemi, mēs virzāmies ar paātrinājumu a = g, kas vērsts uz tā centru. Un, ja mēs, atrodoties uz satelīta, stāvējām uz atsperu svariem, tad P = 0. Tādējādi uz satelīta visu ķermeņu svars nulle.
Ir jāzina katra spēka pielietošanas punkts un virziens. Ir svarīgi precīzi noteikt, kādi spēki iedarbojas uz ķermeni un kādā virzienā. Spēku apzīmē kā , mēra ņūtonos. Lai atšķirtu spēkus, tos apzīmē šādi
Zemāk ir norādīti galvenie spēki, kas darbojas dabā. Problēmu risināšanā nav iespējams izdomāt neesošus spēkus!
Dabā ir daudz spēku. Šeit mēs ņemam vērā spēkus, kas tiek ņemti vērā skolas fizikas kursā, pētot dinamiku. Tiek minēti arī citi spēki, kas tiks apspriesti citās sadaļās.
Gravitācija
Katru planētas ķermeni ietekmē Zemes gravitācija. Spēku, ar kādu Zeme pievelk katru ķermeni, nosaka formula
Lietošanas punkts atrodas ķermeņa smaguma centrā. Gravitācija vienmēr vērsts vertikāli uz leju.
Berzes spēks
Iepazīsimies ar berzes spēku. Šis spēks rodas, kad ķermeņi kustas un saskaras divas virsmas. Spēks rodas tādēļ, ka virsmas, skatoties mikroskopā, nav gludas, kā šķiet. Berzes spēku nosaka pēc formulas:
Divu virsmu saskares punktā tiek pielikts spēks. Novirzīts virzienā, kas ir pretējs kustībai.
Atbalsta reakcijas spēku
Iedomājieties ļoti smagu priekšmetu, kas guļ uz galda. Galds noliecas zem priekšmeta svara. Bet saskaņā ar trešo Ņūtona likumu galds iedarbojas uz objektu ar tieši tādu pašu spēku kā objekts uz galda. Spēks ir vērsts pretēji spēkam, ar kādu priekšmets spiež uz galda. Tas ir uz augšu. Šo spēku sauc par atbalsta reakciju. Spēka nosaukums "runā" reaģēt atbalsts. Šis spēks rodas ikreiz, kad tiek ietekmēts atbalsts. Tās rašanās raksturs molekulārā līmenī. Objekts it kā deformēja ierasto molekulu stāvokli un savienojumus (tabulas iekšpusē), tās savukārt mēdz atgriezties sākotnējā stāvoklī, "pretoties".
Pilnīgi jebkurš ķermenis, pat ļoti viegls (piemēram, zīmulis, kas guļ uz galda), deformē balstu mikrolīmenī. Tāpēc notiek atbalsta reakcija.
Nav īpašas formulas šī spēka atrašanai. Viņi to apzīmē ar burtu, bet šis spēks ir tikai atsevišķs elastīgā spēka veids, tāpēc to var apzīmēt arī kā
Spēks tiek pielikts objekta saskares punktā ar balstu. Virzīts perpendikulāri atbalstam.
Tā kā ķermenis ir attēlots kā materiāls punkts, spēku var attēlot no centra
Elastīgais spēks
Šis spēks rodas deformācijas (vielas sākotnējā stāvokļa maiņas) rezultātā. Piemēram, izstiepjot atsperi, mēs palielinām attālumu starp atsperes materiāla molekulām. Saspiežot atsperi, mēs to samazinām. Kad mēs griežam vai mainām. Visos šajos piemēros rodas spēks, kas novērš deformāciju - elastīgais spēks.
Huka likums
Elastīgais spēks ir vērsts pretēji deformācijai.
Tā kā ķermenis ir attēlots kā materiāls punkts, spēku var attēlot no centra
Savienojot virknē, piemēram, atsperes, stingrību aprēķina pēc formulas
Savienojot paralēli, stīvums
Parauga stīvums. Younga modulis.
Janga modulis raksturo vielas elastības īpašības. Šī ir nemainīga vērtība, kas ir atkarīga tikai no materiāla, tā fiziskā stāvokļa. Raksturo materiāla spēju izturēt stiepes vai spiedes deformāciju. Younga moduļa vērtība ir tabulas veidā.
Vairāk par īpašumiem cietvielas.
Ķermeņa masa
Ķermeņa svars ir spēks, ar kādu objekts iedarbojas uz balstu. Jūs sakāt, ka tā ir gravitācija! Apjukums rodas šādos gadījumos: patiešām bieži ķermeņa svars vienāds ar spēku gravitācija, bet tie ir pilnīgi atšķirīgi spēki. Gravitācija ir spēks, kas rodas mijiedarbībā ar Zemi. Svars ir mijiedarbības ar balstu rezultāts. Smaguma spēks tiek pielikts objekta smaguma centrā, savukārt svars ir spēks, kas tiek pielikts balstam (nevis objektam)!
Nav formulas svara noteikšanai. Šo spēku apzīmē ar burtu .
Atbalsta reakcijas spēks jeb elastības spēks rodas, reaģējot uz objekta triecienu uz balstiekārtu vai balstu, tāpēc ķermeņa svars vienmēr ir skaitliski vienāds ar elastīgo spēku, bet tam ir pretējs virziens.
Atbalsta reakcijas spēks un svars ir vienādas dabas spēki, saskaņā ar Ņūtona 3. likumu tie ir vienādi un vērsti pretēji. Svars ir spēks, kas iedarbojas uz balstu, nevis uz ķermeni. Uz ķermeni iedarbojas gravitācijas spēks.
Ķermeņa svars var nebūt vienāds ar gravitāciju. Tas var būt vairāk vai mazāk, vai arī tas var būt tāds, ka svars ir nulle. Šo stāvokli sauc bezsvara stāvoklis. Bezsvara stāvoklis ir stāvoklis, kad objekts nesadarbojas ar balstu, piemēram, lidojuma stāvoklis: ir gravitācija, bet svars ir nulle!
Paātrinājuma virzienu ir iespējams noteikt, ja nosakāt, kur tiek virzīts rezultējošais spēks
Ņemiet vērā, ka svars ir spēks, ko mēra ņūtonos. Kā pareizi atbildēt uz jautājumu: "Cik jūs sverat"? Mēs atbildam uz 50 kg, nosaucot nevis svaru, bet mūsu masu! Šajā piemērā mūsu svars ir vienāds ar gravitāciju, kas ir aptuveni 500 N!
Pārslodze- svara un smaguma attiecība
Arhimēda spēks
Spēks rodas ķermeņa mijiedarbības rezultātā ar šķidrumu (gāzi), kad tas ir iegremdēts šķidrumā (vai gāzē). Šis spēks izspiež ķermeni no ūdens (gāzes). Tāpēc tas ir vērsts vertikāli uz augšu (stumj). Nosaka pēc formulas:
Gaisā mēs ignorējam Arhimēda spēku.
Ja Arhimēda spēks ir vienāds ar gravitācijas spēku, ķermenis peld. Ja Arhimēda spēks ir lielāks, tad tas paceļas uz šķidruma virsmu, ja mazāks, tad grimst.
elektriskie spēki
Ir elektriskās izcelsmes spēki. Rodas, kad ir elektriskais lādiņš. Šie spēki, piemēram, Kulona spēks, Ampēra spēks, Lorenca spēks, ir detalizēti apskatīti sadaļā Elektrība.
Spēku, kas iedarbojas uz ķermeni, shematisks apzīmējums
Bieži vien ķermeni modelē materiāls punkts. Tāpēc diagrammās dažādi pielietojuma punkti tiek pārnesti uz vienu punktu - uz centru, un ķermenis shematiski attēlots kā aplis vai taisnstūris.
Lai pareizi apzīmētu spēkus, ir jāuzskaita visi ķermeņi, ar kuriem pētāmais ķermenis mijiedarbojas. Nosakiet, kas notiek mijiedarbības rezultātā ar katru: berze, deformācija, pievilkšanās vai varbūt atgrūšanās. Nosakiet spēka veidu, pareizi norādiet virzienu. Uzmanību! Spēku skaits sakritīs ar ķermeņu skaitu, ar kuriem notiek mijiedarbība.
Galvenais, kas jāatceras
1) Spēki un to būtība;
2) Spēku virziens;
3) Prast noteikt darbojošos spēkus
Izšķir ārējo (sauso) un iekšējo (viskozo) berzi. Ārējā berze notiek starp saskarē esošām cietām virsmām, iekšējā berze notiek starp šķidruma vai gāzes slāņiem to relatīvās kustības laikā. Ir trīs ārējās berzes veidi: statiskā berze, slīdošā berze un rites berze.
Rites berzi nosaka pēc formulas
Pretestības spēks rodas, kad ķermenis pārvietojas šķidrumā vai gāzē. Pretestības spēka lielums ir atkarīgs no ķermeņa izmēra un formas, tā kustības ātruma un šķidruma vai gāzes īpašībām. Pie maziem ātrumiem pretestības spēks ir proporcionāls ķermeņa ātrumam
Lielā ātrumā tas ir proporcionāls ātruma kvadrātam
Apsveriet objekta un Zemes savstarpējo pievilcību. Starp tiem saskaņā ar gravitācijas likumu rodas spēks 
Tagad salīdzināsim gravitācijas likumu un gravitācijas spēku 
Brīvā kritiena paātrinājuma vērtība ir atkarīga no Zemes masas un tās rādiusa! Tādējādi var aprēķināt, ar kādu paātrinājumu nokritīs objekti uz Mēness vai jebkuras citas planētas, izmantojot šīs planētas masu un rādiusu.
Attālums no Zemes centra līdz poliem ir mazāks nekā līdz ekvatoram. Tāpēc brīvā kritiena paātrinājums pie ekvatora ir nedaudz mazāks nekā pie poliem. Tajā pašā laikā jāatzīmē, ka galvenais iemesls brīvā kritiena paātrinājuma atkarībai no apgabala platuma ir tas, ka Zeme griežas ap savu asi.
Attālinoties no Zemes virsmas, gravitācijas spēks un brīvā kritiena paātrinājums mainās apgriezti ar attāluma līdz Zemes centram kvadrātu.
Kāpēc horizontālā virzienā izmesta bumbiņa (28. att.) pēc brīža nonāk zemē? Kāpēc no rokām izlaists akmens (29. att.) nokrīt? Kāpēc cilvēks, kurš lec augšā, drīz atkal nonāk lejā? Visām šīm parādībām ir viens un tas pats iemesls - Zemes pievilcība. 
Zeme pievelk sev visus ķermeņus: cilvēkus, kokus, ūdeni, mājas, mēnesi utt.
Tiek saukts gravitācijas spēks pret zemi smagums. Smaguma spēks vienmēr ir vērsts vertikāli uz leju. Tas ir apzīmēts šādi:
F T- gravitācija.
Ķermenim nokrītot Zemes pievilkšanās ietekmē, to ietekmē ne tikai Zeme, bet arī gaisa pretestība. Gadījumos, kad gaisa pretestības spēks salīdzinājumā ar gravitācijas spēku ir niecīgs, sauc ķermeņa kritienu bezmaksas.
Novērošanai Brīvais kritiens dažādus ķermeņus (piemēram, granulas, spalvas u.c.), tos ievieto stikla caurulē (Ņūtona caurulē), no kuras tiek izsūknēts gaiss. Ja sākumā visi šie priekšmeti atrodas caurules apakšā, tad pēc tam, kad tā ir ātri apgriezta, tie atrodas augšpusē, pēc tam tie sāk krist uz leju (30. att.). Vērojot tos krītot, var redzēt, ka gan svina granula, gan gaišā spalva vienlaikus sasniedz caurules dibenu. Iet tālāk tajā pašā laikā pa to pašu ceļu, šie ķermeņi trāpa dibenā ar tādu pašu ātrumu. Tas notiek tāpēc, ka gravitācijai ir šādas ievērojamas īpašības: par katru sekundi tas palielina jebkura brīvi krītoša ķermeņa ātrumu (neatkarīgi no tā masas) vienmēr par vienu un to pašu.
Mērījumi liecina, ka netālu no Zemes virsmas jebkura brīvi krītoša ķermeņa ātrums palielinās par 9,8 m/s katru kritiena sekundi. Šo vērtību apzīmē ar burtu g un zvaniet brīvā kritiena paātrinājums.
Zinot brīvā kritiena paātrinājumu, jūs varat atrast spēku, ar kādu Zeme pievelk jebkuru ķermeni, kas atrodas tās tuvumā.
Lai noteiktu gravitācijas spēku, kas iedarbojas uz ķermeni, šī ķermeņa masa jāreizina ar brīvā kritiena paātrinājumu:
F T = mg.
No šīs formulas izriet, ka g = F T /m. Bet F T mēra ņūtonos, a m- kilogramos. Tāpēc vērtība g var izmērīt ņūtonos uz kilogramu:
g= 9,8 N/kg ≈10 N/kg.
Palielinoties augstumam virs Zemes, brīvā kritiena paātrinājums pakāpeniski samazinās. Piemēram, 297 km augstumā izrādās nevis 9,8 N/kg, bet 9 N/kg. Brīvā kritiena paātrinājuma samazināšanās nozīmē, ka, palielinoties augstumam virs Zemes, samazinās arī gravitācijas spēks. Jo tālāk ķermenis atrodas no Zemes, jo vājāk tas to pievelk.
1. Kas liek visiem ķermeņiem nokrist zemē? 2. Kādu spēku sauc par gravitāciju? 3. Kādā gadījumā ķermeņa krišanu sauc par brīvu? 4. Kāds ir brīvā kritiena paātrinājums Zemes virsmas tuvumā? 5. Kāda ir gravitācijas formula? 6. Kas notiks ar gravitācijas spēku, paātrinājumu un krišanas laiku, ja krītošā ķermeņa masa dubultosies? 7. Kā mainās gravitācijas un brīvā kritiena paātrinājums līdz ar attālumu no Zemes?
Eksperimentālie uzdevumi. 1. Paņemiet papīra lapu un atlaidiet to. Skatieties, kā viņš krīt. Tagad saburzījiet šo lapu un atkal atlaidiet. Kā mainīsies viņa kritiena būtība? Kāpēc? 2. Vienā rokā paņemiet metāla apli (piemēram, monētu), bet otrā nedaudz mazāku papīra apli. Atlaidiet tos vienlaikus. Vai viņi kritīs vienlaikus? Tagad paņemiet rokā metāla apli un uzlieciet tam virsū papīra apli (31. att.). Atlaidiet krūzes. Kāpēc viņi tagad krīt vienā un tajā pašā laikā?
1. definīcija
Tiek uzskatīts, ka smaguma spēks tiek pielikts ķermeņa smaguma centram, ko nosaka, piekarinot ķermeni no pavediena tā dažādos punktos. Šajā gadījumā par ķermeņa smaguma centru tiks uzskatīts visu virzienu krustošanās punkts, kas atzīmēts ar pavedienu.
Smaguma jēdziens
Gravitācija fizikā ir spēks, kas iedarbojas uz jebkuru fizisku ķermeni, kas atrodas tuvu zemes virsmai vai citam astronomiskam ķermenim. Gravitācijas spēks uz planētas virsmas pēc definīcijas būs planētas gravitācijas spēka, kā arī centrbēdzes inerces spēka summa, ko izraisa planētas ikdienas rotācija.
Citi spēki (piemēram, Saules un Mēness pievilkšanās) to mazuma dēļ netiek ņemti vērā vai tiek pētīti atsevišķi Zemes gravitācijas lauka laika izmaiņu formātā. Gravitācija visiem ķermeņiem piešķir vienādu paātrinājumu neatkarīgi no to masas, vienlaikus pārstāvot konservatīvu spēku. To aprēķina, pamatojoties uz formulu:
$\vec(P) = m\vec(g)$,
kur $\vec(g)$ ir paātrinājums, ko ķermenim piešķir gravitācija, ko apzīmē kā brīvā kritiena paātrinājumu.
Papildus gravitācijai ķermeņus, kas pārvietojas attiecībā pret Zemes virsmu, tieši ietekmē arī Koriolisa spēks, kas ir spēks, ko izmanto, pētot materiāla punkta kustību attiecībā pret rotējošu atskaites sistēmu. Koriolisa spēka piesaistīšana fiziskajiem spēkiem, kas iedarbojas uz materiālo punktu, ļaus mums ņemt vērā atskaites sistēmas rotācijas ietekmi uz šādu kustību.
Svarīgas aprēķina formulas
Saskaņā ar universālās gravitācijas likumu gravitācijas pievilkšanās spēku, kas iedarbojas uz materiālu punktu ar tā masu $m$ uz astronomiski sfēriski simetriska ķermeņa ar masu $M$ virsmas, noteiks sakarība:
$F=(G)\frac(Mm)(R^2)$, kur:
- $G$ ir gravitācijas konstante,
- $R$ - ķermeņa rādiuss.
Šī sakarība izrādās derīga, ja pieņemam sfēriski simetrisku masas sadalījumu pa ķermeņa tilpumu. Tad gravitācijas pievilkšanās spēks tiek virzīts tieši uz ķermeņa centru.
Centrbēdzes inerces spēka $Q$ moduli, kas iedarbojas uz materiāla daļiņu, izsaka ar formulu:
$Q = maw^2$ kur:
- $a$ ir attālums starp daļiņu un aplūkojamā astronomiskā ķermeņa rotācijas asi,
- $w$ ir tā griešanās leņķiskais ātrums. Šajā gadījumā centrbēdzes inerces spēks kļūst perpendikulārs rotācijas asij un ir vērsts prom no tās.
Vektora formātā centrbēdzes inerces spēka izteiksmi raksta šādi:
$\vec(Q) = (mw^2\vec(R_0))$, kur:
$\vec (R_0)$ - vektors, kas ir perpendikulārs rotācijas asij, kas tiek novilkts no tā uz norādīto materiālais punkts atrodas netālu no zemes virsmas.
Šajā gadījumā gravitācijas spēks $\vec (P) $ būs līdzvērtīgs $\vec (F)$ un $\vec (Q)$ summai:
$\vec(P) = \vec(F) = \vec(Q)$
pievilkšanās likums
Bez gravitācijas klātbūtnes nebūtu iespējama daudzu lietu izcelsme, kas mums tagad šķiet dabiska: tādējādi nebūtu lavīnu, kas nolaižas no kalniem, neplūstu upes, nelītu. Zemes atmosfēru var uzturēt tikai gravitācijas spēks. Planētas ar mazāku masu, piemēram, Mēness vai Merkurs, diezgan strauji zaudēja visu atmosfēru un kļuva neaizsargātas pret agresīvu kosmisko starojumu.
Zemes atmosfērai bija izšķiroša loma dzīvības veidošanās procesā uz Zemes, viņas. Papildus gravitācijai Zemi ietekmē arī Mēness gravitācija. Pateicoties tās tiešajam tuvumam (kosmiskā mērogā), uz Zemes ir iespējama bēguma un bēguma pastāvēšana, un daudzi bioloģiskie ritmi atbilst Mēness kalendārs. Tāpēc gravitācija ir jāaplūko kā noderīgs un svarīgs dabas likums.
2. piezīme
Pievilkšanās likums tiek uzskatīts par universālu, un to var piemērot jebkuriem diviem ķermeņiem ar noteiktu masu.
Situācijā, kad viena mijiedarbojošā ķermeņa masa ir daudz lielāka nekā otrā, mēs runājam par īpašu gadījumu gravitācijas spēks, kam ir īpašs termins, piemēram, "gravitācija". Tas ir piemērojams uzdevumiem, kas vērsti uz Zemes vai citu debess ķermeņu pievilkšanās spēka noteikšanu. Aizvietojot gravitācijas vērtību Ņūtona otrā likuma formulā, mēs iegūstam:
Šeit $a$ ir gravitācijas paātrinājums, liekot ķermeņiem tiecas vienam pret otru. Problēmās, kas saistītas ar brīvā kritiena paātrinājuma izmantošanu, šo paātrinājumu apzīmē ar burtu $g$. Ņūtonam ar paša izveidotā integrālrēķina palīdzību matemātiski izdevās pierādīt pastāvīgu gravitācijas koncentrāciju lielāka ķermeņa centrā.