Гравитационное поле. Сила тяжести и вес поле тяготения. Ускорение свободного падения_

Гравитационное поле (поле тяготения)

Поле, посредством которого осуществляется гравитационное взаимодей­ствие между телами. Это поле порождается телами и является формой существования материи.

Тяготение принадлежит к особой группе взаимодействий. Силы тяготения, например, не зависят от того, в какой среде взаимодействующие тела находятся. Тяготение существует и в вакууме.

Обобщенный закон Галилея

Все тела в одном и том же поле тяготения падают с одинаковым ускоре­нием (ускорением свободного падения).

Ускорение свободного падения

Согласно обобщенному закону Галилея, в данном месте Земли ускорение свободного падения одинаково для всех тел. Оно изменяется вблизи по­верхности Земли с широтой в пределах от 9,780 м/с² на экваторе до 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). При решении практических задач принимается, что g = 9,81 м/с².

Сила тяжести и вес. Невесомость

Сила тяжести

Сила, действующая на любое тело, находящееся вблизи земной поверх­ности, и направленная вертикально вниз.

[т — масса тела; g = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения]

Связь между силой тяжести и силой тяготения

Эта формула справедлива при пренебрежении суточным вращением Земли и высотой расположения тела над Землей ( h<< R).

[т — масса тела; М — масса Земли; R — радиус Земли; G — гравитационная по­стоянная]

Вес тела

Сила, с которой тело вследствие тяготения к Земле действует на опору (или подвес), удерживающую тело от свободного падения.

О проявлении силы тяжести и веса тела

Сила тяжести равна произведению массы тела на ускорение свободного падения

действует всегда, а вес проявляется только в том слу­чае, когда на тело кроме силы тяжести действуют еще другие силы, вследствие чего тело движется с ускорением а, отличным от g.

Если тело движется в поле тяготения Земли с ускорением , то к этому телу приложена дополнительная сила , удовлетворяющая условию . Тогда вес тела , т. е. если тело покоится или вертикальная составляющая скорости , то α = 0 и .

Невесомость

Состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести.

Если тело свободно движется в поле тяготения по любой траектории и в любом направлении, то и вес равен нулю, т. е. тело будет невесомым.

Пример: невесомыми являются тела в космических кораблях, свободно движу­щихся в космосе.

Силы трения

Тангенциальные силы, возникающие при соприкосновении поверхностей тел и препятствующие их относительному перемещению. Силы трения зависят от относительных скоростей тел; они могут быть разной природы, но в результате действия сил трения механическая энергия всегда превращается во внутреннюю энергию соприкасающихся тел.

Виды трения_

Внешнее (сухое) трение

Трение, возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении.

Трение покоя

Трение при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел.

Внутреннее трение

Трение между частями одного и того же тела, например, между различны­ми слоями жидкости или газа, скорости которых меняются от слоя к слою. В отличие от внешнего трения здесь отсутствует трение покоя.

Виды сухого трения__

Трение скольжения

возникает, если тело скользит по поверхности опоры.

Трение качения

возникает, если тело катится по поверхности опоры.

Направление сил трения

Силы трения направлены по касательной к трущимся поверхностям (или слоям), они противодействуют относительному смещению этих поверх­ностей (направлены всегда противоположно относительной скорости пе­ремещения).

Силы трения покоя и скольжения_

Сила трения покоя_

Относительное движение тел возникает, если внешняя сила F > , где — предельная сила трения покоя; — коэффициент трения покоя; N — сила нормального дав­ления]

Сила трения скольжения

Сила трения скольжения F_Tp пропорциональна силе N нормального давления, с которой одно тело действует на другое.

Здесь — коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств соприкасаю­щихся поверхностей; , — безразмерные коэффициенты]

Таблица приближенных значений коэффициентов трения покоя () и трения скольжения ()

Сталь/сталь		Дерево/дерево		Дерево/кожа		Автошина/бетон		Автошина/лед
0,15	0,12	0,65	0,3	0,47	0,27	0,65	0,5	0,2	0,15