Розділ 3. ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА. Частина І

§ 23. СИЛА ТЯЖІННЯ. ВАГА ТІЛА. НЕВАГОМІСТЬ

Візьміть у руки, а потім відпустіть, наприклад, рюкзак — він обов’язково впаде. Поставте рюкзак на лаву — лава (хоч і непомітно для ока) прогнеться. Підвісьте рюкзак до гумового шнура — шнур розтягнеться. Усе це — наслідки гравітаційного притягання Землі. Однак репортажі з космічних станцій демонструють нам нібито «зникнення» земного тяжіння — космонавти і всі речі на борту станцій перебувають у стані невагомості. У цьому параграфі ви детальніше познайомитесь із земним тяжінням і дізнаєтесь, чи можна відтворити невагомість удома.

152

§ 23. Сила тяжіння. Вага тіла. Невагомість

Невагомість — це такий стан тіла, за якого тіло не діє на опору чи підвіс.

Тіло поблизу поверхні Землі перебуває в стані невагомості, якщо воно рухається під дією лише сили тяжіння.

На короткий час невагомість легко створити вдома, на вулиці, у класі тощо. Підкиньте якесь тіло. Якщо опір повітря є нехтовно малим, то під час падіння тіло перебуватиме в стані невагомості. У невагомості опиня­ єтесь і ви, коли, наприклад, стрибаєте з дерева або підстрибуєте під час гри в баскетбол.

Постійно в стані невагомості перебувають космічні орбітальні станції і все, що в них є (рис. 23.7). Це пов’язане з тим, що космічні кораблі постійно «падають» на Землю через її притягання.

У нетренованої людини тривале перебування у стані невагомості, як правило, супроводжується нудотою, порушенням роботи м’язів, вестибулярного апарату**, нервовими розладами (рис. 23.8).

Підбиваємо підсумки

У Всесвіті всі тіла притягуються одне до одного. Таке взаємне притягання матеріальних об’єктів називають гравітаційною взаємодією.

*Як показують астрономічні дослідження, густина матерії в нашому Всесвіті досить мала (2–3 атоми Гідрогену на 1 м3), тому в середньому у Всесвіті дуже мала гравітація. Але вона є! Цю гравітацію називають мікрогравітацією.

**Вестибулярнийапарат—органчуттявлюдейтахребетнихтварин,щосприймаєзміни положення голови й тіла в просторі, а також напрямок руху. Цей орган відповідає, наприклад, за здатність людини навіть у темряві розрізняти, де верх, а де низ.

154

§ 23. Сила тяжіння. Вага тіла. Невагомість

Сила тяжіння — сила, з якою Земля притягує до себе тіла, розташовані на її поверхні або поблизу неї. Сила тяжіння обчислюється за формулою Fтяж = mg і напрямлена вертикально вниз, до центра Землі.

Вага тіла P — це сила, з якою внаслідок притягання до Землі тіло діє на опору або підвіс. Треба розрізняти силу тяжіння і вагу тіла: сила тяжіння прикладена до самого тіла, а вага — до його опори або підвісу; вага тіла дорівнює за значенням силі тяжіння (P = mg) тільки в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху тіла.

Коли тіло рухається під дією лише гравітаційних сил, то воно перебуває в стані невагомості (його вага дорівнює нулю).

Контрольні запитання

1. Чи діє на вас сила притягання до Місяця? 2. Чи притягує Землю автомобіль, який стоїть на автостоянці? космічна станція, що перебуває на орбіті? 3. Хто відкрив за­ кон, згідно з яким між усіма тілами Всесвіту існує взаємне притягання? 4. Що на­ зивають силою тяжіння і як її обчислити? 5. До чого прикладена і куди напрямлена сила тяжіння? 6. Що таке вага тіла? Порівняйте її із силою тяжіння. 7. Що таке не­ вагомість? 8. За яких умов тіло перебуватиме в невагомості?

Вправа № 23

1.Книжка лежить на столі. На яке тіло діє вага книжки? На яке тіло діє сила тяжіння?

2.Визначте силу тяжіння, яка діє на тіло масою 600 г.

3.Якою є маса тіла, якщо його вага дорівнює 600 Н?

4.Яке з тіл перебуває в невагомості: а) комаха, що літає кімнатою; б) порошинка, яка падає в повітрі; в) аквалангіст,

який пірнає під шаром води; г) невеликий астероїд, що пролітає повз Землю?

5.Визначте масу тягарця, що висить на пружині жорсткістю 200 Н/м, якщо видовження пружини дорівнює 0,5 см.

155

Розділ 3. ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА. Частина І

6. Складіть задачу, обернену до задачі 5 цієї вправи, та розв’яжіть її.

7. У відро масою 1,5 кг налили 5,5 л води. Яку силу треба прикладати, щоб утримувати відро в руках? Зробіть пояснювальний рисунок,

8. Знайдіть густину речовини, з якої виготовлений кубик, і жорсткість пружини динамометра (див. рисунок). Ребро кубика дорівнює

4 см.

9.Як відомо, сила тяжіння на поверхні планет Сонячної системи відрізняється від сили тяжіння на поверхні Землі. Скориставшись Інтернетом або додатковою літературою, визначте силу тяжіння, яка діяла би на вас особисто в разі космічної подорожі на ці пла­ нети (або супутники). Поміркуйте, до яких наслідків це могло би призвести.

10.Визначте абсолютну та відносну похибки вимірювання ваги кубика (див. рисунок).

Експериментальне завдання

Визначте жорсткість пружини вашої авторучки. Для подовження пружини візьміть тіло відомої маси, наприклад монету в 50 копійок (її маса дорівнює 4,2 г). Напишіть інструкцію з проведення цього експериментального завдання.

Фізика і техника в Україні

Юрій Васильович Кондратюк (Олександр Гнатович Шаргей) (1897– 1941) — один із піонерів ракетної техніки. Майбутній науковець зацікавився космічними польотами ще гімназистом. Він навчався в полтавській гімназії, згодом — на механічному відділенні Петро­ градського політехнічного інституту.

У книжці «Тим, хто читатиме, щоб будувати» (1919) Ю. Кондратюк навів схему чотириступеневої ракети на киснево-водневому паливі, дав опис камери згоряння двигуна, а в книжці «Завоювання міжпла­ нетних просторів» (1929) запропонував здійснювати польоти на Мі­ сяць у три етапи, використовуючи для живлення систем космічного корабля сонячну енергію (!).

Американський астронавт Ніл Армстронг, який першим ступив на поверхню Місяця, спеціально побував у Новосибірську й узяв жменю землі біля стін будинку, де мешкав Ю. Кондратюк, сказавши: «Ця земля для мене має не меншу цінність, аніж місячний ґрунт». А один із учених, задіяних у програмі НАСА з освоєння Місяця, заявив: «Ми розшукали ма­ леньку непримітну книжечку, видану в Росії відразу після революції. Автор її, Юрій Кондра­ тюк, обґрунтував і розрахував енергетичну вигідність польоту на Місяць за схемою: політ на орбіту Місяця — старт на Місяць із його орбіти — повернення на орбіту Місяця — політ до Землі». На пропозицію американських фахівців трасу польоту на Місяць названо трасою Кондратюка.

156