Сила тяжести и вес. Невесомость

На любое тело, расположенное вблизи Земли, действует сила тя­готения F, под влиянием которой, согласно второму закону Ньютона, тело начнет двигаться с ускорением свободного падения g. Таким об­разом, в системе отсчета, связанной с Землей, на всякое тело массой m действует сила , называемая силой тяжести. Со­гласно фундаментальному физическому закону – обобщенному закону Галилея, все тела в одном и том же поле тяготения падают с одинаковым ускорением. Следовательно, в данном месте Зем­ли ускорение свободного падения одинаково для всех тел. Оно изменя­ется вблизи поверхности Земли с широтой в пределах от g=9,78 м/с² на экваторе до g=9,832 м/с² на полюсах. Это обусловлено суточным вращением Земли вокруг своей оси, с одной стороны, и сплюснуто­стью Земли - с другой (экваториальный и полярный радиусы Земли равны соответственно 6378 км и 6357 км). Так как различие значений g невелико, ускорение свободного падения, которое используется при ре­шении практических задач, и принимается равным 9,81 м/с² .

Если пренебречь суточным вращением Земли вокруг своей оси, то сила тяжести и сила гравитационного тяготения равны между собой:

,

где М - масса Земли; R - расстояние между телом и центром Земли, т.е R=R₀+h , где R₀ - радиус Земли, h - высота тела над поверхностью Земли.

В физике применяется также понятие веса тела. Весом тела назы­вают силу, с которой тело вследствие тяготения к Земле действует на опору (или подвес), удерживающую его от свободного падения. Вес тела проявляется только в том случае, если тело движется с ускорени­ем, отличным от , т. е. когда на него, кроме силы тяжести, действуют другие силы. Состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести, называется состоянием невесомости. Таким образом сила тяжести действует всегда, а вес появляется только в том случае, когда на тело кроме силы тяжести, действуют еще и другие силы, вследствие чего тело движется с ускорением , отличным от . Если тело движется в поле тяготения Земли с ускорением , то к этому телу приложена дополнительная сила N, удовлетворяющая условию

.

Тогда вес тела , т.е. если тело покоится или движется прямолинейно и равномерно, то а=0 и Р=mg . Если тело свободно движется в поле тяготения по любой траектории и в любом направлении, то и Р=0, т.е. тело будет неве­сомым. Например, невесомыми являются тела, находящиеся в косми­ческих кораблях, свободно движущихся в космосе.

Сила всемирного тяготения

Сила всемирного тяготения – сила, с которой все тела притягиваются друг к другу. Эта сила наиболее заметно проявляется при взаимодействии массивных тел (звезд, планет, их спутников). Или когда хотя бы одно из тел имеет большую массу – притяжение всех тел к Земле.

Закон всемирного тяготения: все тела в природе притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

где G = 6,67 • 10^-11 Н м²/кг² – гравитационная постоянная, численно равная силе гравитационного притяжения двух тел массой по 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м одно от другого; r – расстояние между центрами тел. Ее величина дана в справочных материалах ЕГЭ.  Закон всемирного тяготения выполняется для материальных точек и сферических тел. А также, если расстояние между делами намного больше их размеров; при этом расстояние считается между центрами масс этих тел.

Сила всемирного тяготения направлена по линии, соединяющей центры тел.

Сила упругости – сила, которая возникает при деформациях тел, как ответная реакция на внешнее воздействие. Сила упругости возникает из-за притяжения или отталкивания молекул и атомов, и имеет электромагнитную природу.

Деформация – изменение формы или объема тела.

Виды деформаций: растяжение; сжатие; изгиб (комбинированный случай одновременного сжатия и растяжения); сдвиг; кручение.

Упругие деформации исчезают после снятия нагрузки. Т.е. тело – например, пружина – принимает прежние форму и размер (длину). В задачах не обязательно фигурирует "пружина", может быть трос, резинка и любое другое упругое тело.

Пластические деформации остаются после снятия нагрузки, с ними на экзамене вы не встретитесь.

Закон Гука: модуль силы упругости, возникающей при деформации тела, пропорционален его удлинению

где k – жесткость тела, зависящая от его размеров, формы и материала. Единица измерения – ньютон на метр (Н/м).  Деформация или абсолютное удлинение тела х (м).

Закон Гука выполняется только для упругих деформаций. Часто в задачах величина деформации – несколько сантиметров. Сразу переведите в метры! Чтобы размерность соответствовала коэффициенту.

Сила упругости (F yпp) направлена противоположно перемещению частиц при деформации.

Сила реакции опоры (N) всегда перпендикулярна опоре.

Сила натяжения нити (T) всегда направлена вдоль оси подвеса. В том числе если нить, веревка, канат перекинуты через блок, под любым углом: направление силы при этом меняется, величина остается прежней. (Трение в блоке не учитывается.)

Архимедова сила (F_A) всегда противоположна силе тяжести.

4.Закон сохранения импульса. Центр масс.