Сила тяжіння коротко. Сила тяжіння та сила всесвітнього тяжіння. Прискорення вільного падіння

Закон всесвітнього тяжіння відкрив Ньютон у 1687 році щодо руху супутника Місяця навколо Землі. Англійський фізик чітко сформулював постулат, що характеризує сили тяжіння. Крім того, аналізуючи закони Кеплера, Ньютон вирахував, що сили тяжіння повинні існувати не лише на нашій планеті, а й у космосі.

Історія питання

Закон всесвітнього тяжіння народився не спонтанно. З давніх-давен люди вивчали небосхил, головним чином для складання сільськогосподарських календарів, обчислення важливих дат, релігійних свят. Спостереження вказували, що у центрі «світу» знаходиться Світило (Сонце), навколо якого орбітами обертаються небесні тіла. Згодом догмати церкви не дозволяли так рахувати, і люди втратили знання, що накопичувалися тисячоліттями.

У 16 столітті, до винайдення телескопів, з'явилася плеяда астрономів, які глянули на небосхиляння по-науковому, відкинувши заборони церкви. Т. Браге, багато років спостерігаючи за космосом, особливо ретельно систематизував переміщення планет. Ці високоточні дані допомогли І. Кеплеру згодом відкрити три свої закони.

На момент відкриття (1667 р.) Ісааком Ньютоном закону тяжіння в астрономії остаточно утвердилася геліоцентрична система світу Н. Коперника. Згідно з нею, кожна з планет системи обертається навколо Світила по орбітах, які з наближенням, достатнім для багатьох розрахунків, можна вважати круговими. На початку XVII ст. І. Кеплер, аналізуючи роботи Т. Браге, встановив кінематичні закони, що характеризують рухи планет. Відкриття стало фундаментом для з'ясування динаміки руху планет, тобто сил, які визначають саме такий їхній рух.

Опис взаємодії

На відміну від короткоперіодних слабких та сильних взаємодій, гравітація та електромагнітні поля мають властивості дальньої дії: їхній вплив проявляється на гігантських відстанях. На механічні явища в макросвіті впливають 2 сили: електромагнітна та гравітаційна. Вплив планет на супутники, політ кинутого чи занедбаного предмета, плавання тіла рідини - у кожному з цих явищ діють гравітаційні сили. Ці об'єкти притягуються планетою, тяжіють до неї, звідси назва «закон всесвітнього тяжіння».

Доведено, що між фізичними тілами, безумовно, діє сила взаємного тяжіння. Такі явища, як падіння об'єктів на Землю, обертання Місяця, планет навколо Сонця, що відбуваються під впливом сил всесвітнього тяжіння, називають гравітаційними.

Закон всесвітнього тяжіння: формула

Всесвітнє тяжіння формулюється так: два будь-яких матеріальних об'єкти один до одного притягуються з певною силою. Величина цієї сили прямо пропорційна добутку мас цих об'єктів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

У формулі m1 та m2 є масами досліджуваних матеріальних об'єктів; r - відстань, що визначається між центрами мас розрахункових об'єктів; G - постійна гравітаційна величина, що виражає силу, з якою здійснюється взаємне тяжіння двох об'єктів масою по 1 кг кожен, що розташовуються між собою на відстані 1 м.

Від чого залежить сила тяжіння

Закон всесвітнього тяжіння по-різному діє залежно від регіону. Так як сила тяжіння залежить від значень широти на певній місцевості, то аналогічно прискорення вільного падіння має різні значення в різних місцях. Максимальне значення сила тяжіння і, прискорення вільного падіння мають на полюсах Землі - сила тяжкості у цих точках дорівнює силі тяжіння. Мінімальними значення будуть на екваторі.

Земна куля злегка сплющена, її полярний радіус менше екваторіального приблизно на 21,5 км. Проте ця залежність менш істотна проти добовим обертанням Землі. Розрахунки показують, що через сплюснутість Землі на екваторі величина прискорення вільного падіння трохи менша за його значення на полюсі на 0,18%, а через добове обертання - на 0,34%.

Втім, в тому самому місці Землі кут між векторами напрямку малий, тому розбіжність між силою тяжіння і силою тяжкості незначна, і нею в розрахунках можна знехтувати. Тобто вважатимуться, що модулі цих сил однакові - прискорення вільного падіння біля Землі скрізь однакове і приблизно 9,8 м/с².

Висновок

Ісаак Ньютон був вченим, який здійснив наукову революцію, повністю перебудував принципи динаміки та на їх основі створив наукову картину світу. Його відкриття вплинув розвиток науки, створення матеріальної і духовної культури. На долю Ньютона випало завдання переглянути результати уявлення про світ. У XVII ст. вченим завершено грандіозну роботу побудови фундаменту нової науки - фізики.

Усі тіла падають на Землю. Причиною цього є дія сили тяжіння. Сила, з якою Земля притягує себе тіло, називається силою тяжіння. Позначається F тяж. Вона завжди спрямована вниз.

Сила тяжіння прямо пропорційна масі цього тіла:

, F = mg

Рух тіла під дією сили тяжіння називається вільним падінням. Вперше воно було досліджено Г. Галілеєм. Він встановив, що й на падаючі тіла діє лише сила тяжкості і діє опору повітря, всі вони рухаються однаково, тобто. з тим самим прискоренням. Його назвали прискорення вільного падіння (g).Цю величину можна визначити експериментальним шляхом, вимірявши переміщення падаючого тіла через рівні проміжки часу. Обчислення показують, що g = 9,8 м/с2.

Земна куля трохи сплюснуть біля полюсів. Тому на полюсі gтрохи більше, ніж на екваторі чи інших широтах.

Навколо будь-якого тіла існує особливий вид матерії, з допомогою якого взаємодіють тіла. Його називають гравітаційним полем.

Земля притягує всі тіла: будинки, людей, Місяць, Сонце, воду в морях та океанах тощо. І всі тіла притягуються одне до одного. Притягнення всіх тіл Всесвіту одне до одного називається всесвітнім тяжінням.У 1687 р. І. Ньютон першим довів і встановив закон всесвітнього тяжіння.

Два тіла притягують один до одного силою, прямо пропорційною добутку мас і обернено пропорційною квадрату відстані між ними.

Цю силу називають силою тяжіння (або гравітаційною силою).

Кордони застосування закону: для матеріальних точок.

G – гравітаційна постійна G=6,67∙10 –11 ,

Числове значення постійної гравітаційної встановлюють експериментально. Вперше це зробив англійський вчений Кавендіш за допомогою крутильного динамометра (крутильних ваг). Фізичний сенс: дві матеріальні точки масою 1 кг кожна, що знаходяться одна від одної на відстані 1 м, взаємно притягуються гравітаційною силою, що дорівнює 6,67 · 10 -11 Н.

З закону всесвітнього тяжіння випливає, що сила тяжкості і прискорення вільного падіння, що викликається нею, зменшуються при збільшенні відстані від Землі. На висоті h від поверхні Землі модуль прискорення вільного падіння визначають за формулою

Сила тяжіння виявляє себе двояко: а) якщо тіло немає опори, то сила тяжкості повідомляє тілу прискорення вільного падіння; б) якщо тіло має опору, то, притягаючись до Землі, воно діє на опору. Сила, з якою тіло діє на опору внаслідок тяжіння до Землі, називає вагою. Вага додається до опори.

Якщо опора немає прискорення, то модуль ваги дорівнює модулю сили тяжіння. P=F тяж. Якщо опора має прискорення, спрямоване вгору, то модуль ваги більший за модуль сили тяжіння. P=F тяж +ma. Якщо опора має прискорення, спрямоване вниз, то модуль ваги менший від модуля сили тяжіння. P=F тяж -ma. Якщо опора разом з тілом вільно падатиме, то вага виявиться рівною нулю. P=0. Такий стан називається невагомістю.

Використовуючи закон всесвітнього тяжіння, можна розрахувати першу космічну швидкість.

mg = ma; g=a; а=v 2 /R; g=v 2 /R; v 2 = gR; v = √gR., де R-радіус планети.

Білет № 5. Дослідне обґрунтування основних положень молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. Ідеальний газ. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу. Температура та її зміна. Абсолютна температура.

Усі тіла складаються з найдрібніших частинок – атомів та молекул. Інакше висловлюючись, речовина має дискретну структуру. На основі теорії про дискретну будову речовини можна пояснити та передбачити ряд її властивостей.

Основи МКТ(Молекулярно-кінетичної теорії)

1. Усі речовини складаються з молекул (атомів).

2. Молекули (атоми) постійно та хаотично рухаються.

3. Молекули (атоми) взаємодіють між собою.

4. Між молекулами (атомами) є проміжки.

Ці положення МКТ мають дослідне обґрунтування. Дифузія та броунівський рух підтверджують ці положення. Дифузія - Взаємне проникнення частинок однієї речовини між частинками іншої речовини при їх дотику. Причиною броунівського рухує тепловий рух молекул рідини (або газу) та їх зіткнення з броунівською часткою.

Безладний рух частинок, з яких складаються тіла, називають тепловий рух.У тепловому русі беруть участь всі молекули тіла, тому зі зміною теплового руху змінюється і стан тіла, його властивості. Речовина може перебувати у трьох агрегатних станах – твердому, рідкому та газоподібному. Агрегатний стан визначається температурою та зовнішнім тиском.

Стан, в якому речовина не має власної форми і не зберігає об'єм, називається газоподібним, яке ділиться на газ і пар. Газом називається газоподібний стан при температурі вище за критичну. Гази, що у природі, називаються реальними. При вивченні властивостей газів у фізиці користуються моделлю газу, що не існує у природі. Цю модель називають ідеальний газ. Він задовольняє наступним умовам: 1) його молекули не займають обсяг; 2) перебуваючи на відстані, молекули ідеального газу не взаємодіють між собою; 3) взаємодії молекул відбуваються лише за абсолютно пружних ударах; 4) час вільного пробігу набагато більше часу зіткнення.

Кожен газ визначається трьома макропараметрами.

А) тиск (р) - є відношення сили до площі. p=F/S)

Б) обсяг (V) - є міра обмеженої частини простору.

В) температура (Т) – є міра середньої кінетичної енергії поступального руху молекул.

Для теплових процесів справедливо основне рівняння МКТ, яке читається так:

Подібна інформація.

Ісаак Ньютон висунув припущення, що між будь-якими тілами у природі існують сили взаємного тяжіння. Ці сили називають силами гравітаціїабо силами всесвітнього тяжіння. Сила несмирного тяжіння проявляється в космосі, Сонячній системі та на Землі. Ньютон узагальнив закони руху небесних тіл і з'ясував, що сила дорівнює:

,

Де і - маси тіл, що взаємодіють, - відстань між ними, - коефіцієнт пропорційності, який називається гравітаційною постійною. Чисельне значення гравітаційної постійної дослідним шляхом визначив Кавендіш, вимірюючи силу взаємодії між свинцевими кулями. У результаті закон всесвітнього тяжіння звучить так: між будь-якими матеріальними точками існує сила взаємного тяжіння, прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними, що діє по лінії, що з'єднує ці точки.

Фізичний сенс гравітаційної постійної випливає із закону всесвітнього тяжіння. Якщо , , то , тобто гравітаційна стала дорівнює силі, з якою притягуються два тіла по 1 кг на відстані 1 м. Чисельне значення: . Сили всесвітнього тяжіння діють між будь-якими тілами в природі, але відчутними вони стають при більших масах (або хоча б маса одного з тіл велика). Закон всесвітнього тяжіння виконується тільки для матеріальних точок і куль (у цьому випадку за відстань приймається відстань між центрами куль).

Приватним видом сили всесвітнього тяжіння є сила тяжіння тіл до Землі (чи іншої планети). Цю силу називають силою тяжіння. Під дією цієї сили всі тіла набувають прискорення вільного падіння. Відповідно до другого закону Ньютона , отже, . Сила важкості завжди спрямована до центру Землі. Залежно від висоти над поверхнею Землі та географічної широти положення тіла прискорення вільного падіння набуває різних значень. На Землі й у середніх широтах прискорення вільного падіння одно .

У техніці та побуті широко використовується поняття ваги тіла. Важкою тіла називають силу, з якою тіло тисне на опору або підвіс у результаті гравітаційного тяжіння до планети (рис. 5). Вага тілапозначається. Одиниця ваги – Ньютон (Н). Оскільки вага дорівнює силі, з якою тіло діє на опору, то відповідно до третього закону Ньютона за величиною вага тіла дорівнює силі реакції опори. Тому, щоб знайти вагу тіла, необхідно визначити, чому дорівнює сила реакції опори.

Розглянемо випадок, коли тіло разом із опорою не рухається. В цьому випадку сила реакції опори, а отже, і її тіла дорівнює силі тяжіння (рис. 6):

У разі руху тіла вертикально вгору разом із опорою із прискоренням за другим законом Ньютона можна записати (Рис. 7, а).

У проекції на вісь : , звідси .

Отже, під час руху вертикально вгору з прискоренням вага тіла збільшується і перебуває за формулою .

Збільшення ваги тіла, викликане прискореним рухом опори чи підвісу, називають перевантаженням. Дія перевантаження відчувають у собі космонавти як із зльоті космічної ракети, і при гальмуванні корабля під час входу в щільні шари атмосфери. Зазнають перевантаження і льотчики під час виконання фігур вищого пілотажу, і водії автомобілів при різкому гальмуванні.

Якщо тіло рухається вниз по вертикалі, то за допомогою аналогічних міркувань отримуємо ; m g - N = m a; ; , Т. е. вага при русі по вертикалі з прискоренням буде менше сили тяжіння (рис. 7, б).

Якщо тіло вільно падає, то цьому випадку .

Стан тіла, в якому його вага дорівнює нулю, називають невагомістю. Стан невагомості спостерігається в літаку або космічному кораблі під час руху з прискоренням вільного падіння незалежно від напрямку та значення швидкості руху. За межами земної атмосфери при вимиканні реактивних двигунів на космічний корабель діє лише сила всесвітнього тяжіння. Під дією цієї сили космічний корабель і всі тіла, що знаходяться в ньому, рухаються з однаковим прискоренням, тому в кораблі спостерігається стан невагомості.

Між будь-якими тілами у природі існує сила взаємного тяжіння, звана силою всесвітнього тяжіння(або силами гравітації). був відкритий Ісааком Ньютоном у 1682 році. Коли йому було 23 роки він висловив припущення, що сили, що утримують Місяць на її орбіті, тієї ж природи, що й сили, що змушують яблуко падати на Землю.

Сила тяжіння (mg) спрямована вертикально суворо до центру Землі; в залежності від відстані до поверхні земної кулі прискорення вільного падіння по-різному. У Землі в середніх широтах значення його становить близько 9,8 м/с 2 . у міру віддалення від поверхні Землі gзменшується.

Вага тіла (сила ваги) – це сила, з якою тіло діє нагоризонтальну опору чи розтягує підвіс.При цьому передбачається, що тіло нерухомо щодо опори чи підвісу.Нехай тіло лежить на нерухомому щодо Землі горизонтальному столі. Позначається буквою Р.

Вага тіла та сила тяжіння відрізняються за своєю природою: вага тіла є проявом дії міжмолекулярних сил, а сила важкості має гравітаційну природу.

Якщо прискорення а = 0 , то вага дорівнює силі, з якою тіло притягується до Землі, саме . [p] = Н.

Якщо інший стан, то вага змінюється:

• якщо прискорення а не дорівнює 0 , то вага Р = mg - ma (вниз) або Р = mg + ma (Вгору);
• якщо тіло падає вільно чи рухається із прискоренням вільного падіння, тобто. а =g(рис.2), то вага тіла дорівнює 0 (Р=0 ). Стан тіла, в якому його вага дорівнює нулю, називається невагомістю.

В невагомостіперебувають і космонавти. В невагомостіна мить опиняєтеся і ви, коли підстрибуєте під час гри у баскетбол чи танці.

Домашній експеримент: Пластикова пляшка з отвором біля дна наповнюється водою. Випускаємо з рук із деякою висоти. Поки пляшка падає, вода з отвору не витікає.

Вага тіла, що рухається з прискоренням (у ліфті) Тіло в ліфті зазнає перевантаження

Абсолютно на всі тіла у Всесвіті діє чарівна сила, що якимось чином притягує їх до Землі (точніше до її ядра). Нікуди не втекти, ніде не сховатись від всеосяжного магічного тяжіння: планети нашої Сонячної системи притягуються не тільки до величезного Сонця, але й один до одного, всі предмети, молекули та дрібні атоми також взаємно притягуються. відомий навіть маленьким дітям, присвятивши життя вивченню цього явища, встановив одне із найбільших законів — закон всесвітнього тяжіння.

Що таке сила тяжіння?

Визначення та формула давно і багатьом відомі. Нагадаємо, сила тяжіння — це певна величина, один із природних проявів всесвітнього тяжіння, а саме: сила, з якою всяке тіло незмінно притягується до Землі.

Сила тяжіння позначається латинською літерою F тяж.

Сила тяжіння: формула

Як обчислити спрямовану певне тіло? Які інші величини потрібно знати для того? Формула розрахунку сили тяжіння досить проста, її вивчають у 7-му класі загальноосвітньої школи, на початку курсу фізики. Щоб її не просто вивчити, а й зрозуміти, слід виходити з того, що сила тяжіння, що незмінно діє на тіло, прямо пропорційна його кількісній величині (масі).

Одиниця сили тяжкості названа на ім'я великого вченого - Ньютон.

Завжди спрямована строго донизу, до центру земного ядра, завдяки її впливу всі тіла рівноприскорено падають донизу. Явлення тяжіння у повсякденному житті ми спостерігаємо повсюдно та постійно:

• предмети, випадково або спеціально випущені з рук, обов'язково падають вниз на Землю (або на будь-яку поверхню, що перешкоджає вільному падінню);
• запущений у космос супутник не летить від нашої планети на невизначену відстань перпендикулярно догори, а залишається обертатися на орбіті;
• всі річки течуть з гір і не можуть бути звернені назад;
• буває, людина падає та травмується;
• на всі поверхні сідають дрібні порошинки;
• повітря зосереджений біля поверхні землі;
• важко носити сумки;
• з хмар та хмар капає дощ, падає сніг, град.

Поряд із поняттям "сила тяжіння" використовується термін "вага тіла". Якщо тіло розташувати на рівній горизонтальній поверхні, його вага і сила тяжкості чисельно рівні, в такий спосіб, ці два поняття часто підмінюють, що зовсім не правильно.

Прискорення вільного падіння

Поняття "прискорення вільного падіння" (інакше кажучи, пов'язане з терміном "сила тяжіння". Формула показує: для того, щоб обчислити силу тяжіння, потрібно помножити масу на g (прискорення св. п.).

"g" = 9,8 Н/кг, це стала величина. Проте точніші виміри показують, що через обертання Землі значення прискорення св. п. неоднаково і від широти: на Північному полюсі воно = 9,832 Н/кг, але в спекотному екваторі = 9,78 Н/кг. Виходить, у різних місцях планети на тіла, що мають рівну масу, спрямована різна сила тяжкості (формула ж mg все одно залишається незмінною). Для практичних розрахунків було прийнято рішення на незначні похибки цієї величини та користуватися усередненим значенням 9,8 Н/кг.

Пропорційність такої величини, як сила тяжіння (формула доводить це), дозволяє вимірювати вагу предмета динамометром (схожий на звичайний побутовий бізнес). Зверніть увагу, що прилад показує лише силу, тому що для визначення точної маси тіла необхідно знати регіональне значення "g".

Чи діє сила тяжіння на будь-якій (і близькій, і далекій) відстані від земного центру? Ньютон висунув гіпотезу, що вона діє тіло навіть при значному віддаленні Землі, та її значення знижується назад пропорційно квадрату відстані від предмета до ядра Землі.

Гравітація у Сонячній системі

Чи є Визначення та формула щодо інших планет зберігають свою актуальність. З однією лише різницею у значенні "g":

• на Місяці = 1,62 Н/кг (вшестеро менше земного);
• на Нептуні = 13,5 Н/кг (майже в півтора рази вище, ніж Землі);
• на Марсі = 3,73 Н/кг (більш ніж у два з половиною рази менше, ніж на нашій планеті);
• на Сатурні = 10,44 Н/кг;
• на Меркурії = 3,7 Н/кг;
• на Венері = 8,8 Н/кг;
• на Урані = 9,8 Н/кг (практично таке саме, як у нас);
• на Юпітері = 24 Н/кг (майже у два з половиною рази вище).