
Закон Всемирного тяготения
.docxЗакон Всемирного тяготения
1. Задание 4 № 209. Метеорит пролетает около Земли за пределами атмосферы. Как направлен вектор ускорения метеорита в тот момент, когда вектор силы гравитационного притяжения Земли перпендикулярен вектору скорости метеорита?
1) параллельно вектору скорости
2) по направлению вектора силы
3) по направлению вектора скорости
4) по направлению суммы векторов силы и скорости
Решение.
Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела сонаправлено с равнодействующей всех сил. Поскольку метеорит пролетает около Земли за пределами атмосферы, на него действует только сила гравитационного притяжения со стороны Земли. Таким образом, вектор ускорения метеорита направлен по направлению вектора силы.
Правильный ответ: 2.
Ответ: 2
209
2
2.
Задание 4 № 210.
Космический корабль улетает
от Земли с выключенными
двигателями. Как направлен
вектор ускорения корабля
в тот момент, когда вектор силы
гравитационного
притяжения Земли направлен
под углом
к
вектору скорости корабля?
Действие остальных тел на корабль
пренебрежимо мало.
1) по направлению вектора скорости
2) по направлению вектора силы
3) противоположно вектору скорости
4) по направлению суммы векторов силы и скорости
Решение.
Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела сонаправлено с равнодействующей всех сил. Поскольку действием остальных тел на корабль можно пренебречь, на него действует только сила гравитационного притяжения со стороны Земли. Таким образом, вектор ускорения корабля направлен по направлению вектора силы.
Правильный ответ: 2.
Ответ: 2
210
2
3.
Задание 4 № 301.
Две планеты с одинаковыми
массами обращаются по
круговым орбитам вокруг
звезды. У первой из них радиус
орбиты вдвое больше, чем у
второй. Каково отношение
сил притяжения первой и
второй планет к звезде
?
1) 0,25
2) 2
3) 0,5
4) 4
Решение.
По закону Всемирного тяготения сила притяжения планеты к звезде обратно пропорциональна квадрату радиуса орбиты. Таким образом, в силу равенства масс отношение сил притяжения к звезде первой и второй планет обратно пропорционально отношению квадратов радиусов орбит:
.
По
условию, у первой планеты
радиус орбиты вдвое больше,
чем у второй, то есть
,
а значит,
.
Ответ: 1
301
1
4. Задание 4 № 304. Две планеты с одинаковыми массами обращаются по круговым орбитам вокруг звезды. Для первой из них сила притяжения к звезде в 9 раз меньше, чем для второй. Каково отношение радиусов орбит первой и второй планет?
1)
2)
3)
4)
Решение.
По закону Всемирного тяготения сила притяжения планеты к звезде обратно пропорциональна квадрату радиуса орбиты. Таким образом, в силу равенства масс отношение сил притяжения к звезде первой и второй планет обратно пропорционально отношению квадратов радиусов орбит:
.
По
условию, сила притяжения для
первой планеты к звезде в 9
раза меньше, чем для второй:
а
значит,
.
Ответ: 3
304
3
5. Задание 4 № 305. У поверхности Земли на космонавта действует сила тяготения 720 Н. Какая сила тяготения действует со стороны Земли на того же космонавта в космическом корабле, движущемся по круговой орбите вокруг Земли на расстоянии трех земных радиусов от ее центра?
1) 0 H
2) 240 H
3) 180 H
4) 80 H
Решение.
По
закону Всемирного
тяготения сила притяжения
космонавта со стороны
Земли обратно пропорциональна
квадрату расстояния между
ним и центром Земли:
.
У поверхности Земли это
расстояние совпадает
с радиусом планеты (
).
На космическом корабле,
по условию, оно в три раза больше
(
).
Таким образом, сила тяготения
со стороны Земли, действующая
на космонавта на космическом
корабле, в 9 раз меньше, чем у
поверхности Земли, то есть
.
Ответ: 4
305
4
6. Задание 4 № 306. У поверхности Луны на космонавта действует сила тяготения 144 Н. Какая сила тяготения действует со стороны Луны на того же космонавта в космическом корабле, движущемся по круговой орбите вокруг Луны на расстоянии трех лунных радиусов от ее центра?
1) 48 H
2) 36 H
3) 16 H
4) 0 H
Решение.
По закону Всемирного тяготения сила притяжения космонавта со стороны Луны обратно пропорциональна квадрату расстояния между ним и центром Луны. У поверхности Луны это расстояние совпадает с радиусом спутника. На космическом корабле, по условию, оно в три раза больше. Таким образом, сила тяготения со стороны Луны, действующая на космонавта на космическом корабле, в 9 раз меньше, чем у поверхности Луны, то есть
.
Ответ: 3
306
3
7. Задание 4 № 307. Космическая ракета стартует с поверхности Луны и движется вертикально вверх. На каком расстоянии от лунной поверхности сила гравитационного притяжения ракеты Луной уменьшится в 4 раза по сравнению с силой притяжения на лунной поверхности? (Расстояние выражается в радиусах Луны R).
Изменением массы ракеты из-за расхода топлива пренебречь.
1)
2)
3)
4)
Решение.
Если
пренебречь изменением
массы ракеты, вызванным
расходом топлива на взлет,
то решение выглядит следующим
образом. Сила гравитационного
притяжения ракеты Луной
по закону Всемирного
тяготения обратно
пропорциональна квадрату
расстояния между ракетой
и центром Луны. На лунной
поверхности это расстояние
совпадает с радиусом
Луны R.
Для того чтобы сила притяжения
уменьшилась в 4 раза при неизменной
массе ракеты, расстояние
должно увеличиться в 2 раза,
то есть стать равным 2R.
Следовательно, необходимо
подняться на высоту
над
поверхностью Луны.
Правильный ответ: 1.
Ответ: 1
307
1
8.
Задание 4 № 326.
Два маленьких шарика массой
m
каждый находятся на
расстоянии r
друг от друга и притягиваются
с силой F.
Какова сила гравитационного
притяжения двух других
шариков, если масса каждого
из них
,
а расстояние между их центрами
2r?
1)
2)
3)
4)
Решение.
Согласно
закону Всемирного
тяготения, сила притяжения
двух тел пропорциональна
произведению их масс и
обратно пропорциональна
квадрату расстояния между
ними:
.
Таким образом, шарики,
имеющие в 2 раза меньшую массу
и отнесенные на в 2 раза большее
расстояние, притягиваются
в 16 раз слабее, сила их притяжения
равна
.
Правильный ответ: 4.
Ответ: 4
326
4
9.
Задание 4 № 331.
Два маленьких шарика массой
m
каждый находятся на
расстоянии r
друг от друга и притягиваются
с силой F.
Чему равна сила гравитационного
притяжения двух других
шариков, если масса каждого
,
а расстояние между ними
?
1)
2)
3)
4)
Решение.
Согласно
закону Всемирного
тяготения, сила притяжения
двух тел пропорциональна
произведению их масс и
обратно пропорциональна
квадрату расстояния между
ними:
.
Таким образом, шарики,
имеющие в 3 раза меньшую массу
и отнесенные на в 3 раза меньшее
расстояние, притягиваются
с такой же силой F.
Ответ: 3.
Ответ: 3
331
3
10. Задание 4 № 332. Космонавт на Земле притягивается к ней с силой 700 Н. С какой приблизительно силой он будет притягиваться к Марсу, находясь на его поверхности, если радиус Марса в 2 раза меньше, а масса — в 10 раз меньше, чем у Земли?
1) 70 Н
2) 140 Н
3) 210 Н
4) 280 Н
Решение.
Согласно
закону Всемирного
тяготения, сила притяжения
двух тел пропорциональна
произведению их масс и
обратно пропорциональна
квадрату расстояния между
ними. Таким образом, силы притяжения
космонавта к Земле и Марсу равны
и
соответственно.
Отсюда находим приблизительно
силу притяжения космонавта
к Марсу:
.
Правильный ответ: 4.
Ответ: 4
332
4
11. Задание 4 № 3356. Два маленьких шарика находятся на большом расстоянии l друг от друга. На каком расстоянии друг от друга находятся шарики с вдвое большими массами, если величина сил их гравитационного притяжения такая же?
1) 4 l
2) 1/4 l
3) 2 l
4) 1/2 l
Решение.
Согласно
закону Всемирного
тяготения, сила взаимодействия
тел прямо пропорциональна
произведению их масс и
обратно пропорциональна
квадрату расстояния между
ними:
.
Следовательно, для того чтобы
тела с вдвое большими массами
взаимодействовали с
той же силой, их необходимо
разместить на вдвое большем
расстоянии 2l.
Ответ: 3.
Ответ: 3
3356
3
12.
Задание 4 № 3555.
Спутник планеты массой
движется
по круговой орбите радиусом
.
Какова скорость движения
спутника?
1)
2)
3)
4)
Решение.
На
спутник действует только
сила притяжения со стороны
планеты, которая, согласно
закону Всемирного
тяготения, равна
.
Так как по условию спутник
двигается по круговой
орбите, он двигается с
постоянным центростремительным
ускорением
.
Выпишем второй закон Ньютона
для спутника в проекции на
радиальную ось:
Правильный ответ: 3.
Ответ: 3
3555
3
13.
Задание 4 № 3776.
Вес тела на полюсе планеты,
имеющей форму шара, на 16 процентов
превышает вес на экваторе.
Если плотность планеты
,
то период обращения
планеты равен
1)
2)
3)
4)
Решение.
Вес
P
тела — это сила, с которой тело
давит на опору или растягивает
подвес. Определим, чему равен
вес некоторого тела на
полюсе и на экваторе. Для
определенности рассмотрим
тело, лежащее на горизонтальной
опоре (это предположениене
ограничивает общность
получаемых далее результатов).
По третьему закону Ньютона сила действия равна силе противодействия, а потому, вес тела равен по величине силе реакции опоры N, действующей на тело. Следовательно, достаточно сравнить силы реакции опоры в двух случаях.
Обозначим
массу тела через m.
Пусть радиус планеты через
R,
тогда масса планеты равна
.
Поскольку планета однородная
и имеет форму сферы, согласно
закону всемирного
тяготения сила притяжения
тела к планете в обеих точках
одинакова и равна
.
Рассмотрим случай, когда тело находится на полюсе. Второй закон Ньютона для него в проекции на радиальную ось приобретает вид:
.
Когда
же тело находится на экваторе,
оно вращается вместе с
планетой вокруг оси вращения,
а значит, оно движется с
центростремительным
ускорением
где
—
угловая скорость вращения
планеты. Следовательно,
для тела на экваторе второй
закон Ньютона в проекции на
радиальную ось приобретает
вид:
Согласно
условию,
,
а значит,
Отсюда для периода обращения планеты имеем:
Правильный ответ: 1.
Ответ: 1
3776
1
14.
Задание 4 № 5955.
Материальная
точка массой 2 кг движется вдоль
горизонтальной оси
под
действием горизонтальной
силы
.
В начальный момент времени
тело покоилось. График
зависимости модуля
силы
от
времени
изображён
на рисунке. В конце третьей
секунды импульс материальной
точки равен
1) 0 кг·м/с
2) 1 кг·м/с
3) 2 кг·м/с
4) 4 кг·м/с
Решение.
Если
сила постоянна, то импульс,
переданный телу за некоторый
промежуток времени, равен
произведению этой силы на
время действия этой силы. Из рисунка
находим, что в конце третьей
секунды импульс материальной
точки равен
Правильный ответ указан под номером: 4.
Ответ: 4
5955
4
Источник: МИОО: Тренировочная работа по физике 14.02.2014 вариант ФИ10401.
15. Задание 4 № 6076. Небольшое тело массой 2 кг движется по столу вдоль оси OX. Зависимость проекции импульса px этого тела от времени t имеет вид: px = 1+2t.
Выберите верное(-ые) утверждение(-ия), если таковое(-ые) имее(-ю)тся:
А. Тело движется равноускоренно.
Б.В начальный момент времени тело имело начальную скорость 2 м/с.
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Решение.
Проанализируем оба утверждения.
Утверждение А. Из формулы видно, что импульс растёт линейно со временем, это означает, что скорость также линейно растёт со временем, то есть движение равноускоренное. Утверждение А верно.
Утверждение Б. При t = 0 импульс тела равен 1 кг·м/с, следовательно, скорость равна 1/2 = 0,5 м/c. Утверждение Б неверно.
Правильный ответ указан под номером: 1.
Ответ: 1
6076
1
Источник: МИОО: Диагностическая работа по физике 10.12.2013 вариант ФИ10202.
16. Задание 4 № 6812. Телу массой 0,2 кг сообщили вертикально направленную начальную скорость 10 м/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите модуль средней мощности силы тяжести, действовавшей на камень во время подъёма до максимальной высоты. Ответ приведите в Н·м/с.
Решение.
Если на тело, движущееся с постоянной скоростью действует постоянная сила, то мощность этой силы можно вычислить как скалярное произведение силы на скорость. Поскольку на тело действует постоянная сила, сила тяжести, а скорость убывает линейно, то среднюю мощность можно определить как полуразность конечной и начальной мощностей. Примем во внимание, что в точке наивысшего подъёма скорость тела равна нулю:
Ответ: 10.
Ответ: 10
6812
10
Источник: СтатГрад: Диагностическая работа по физике 12.03.2015 Вариант ФИ10901.
17. Задание 4 № 6845. Кусок льда массой 2 кг упал без начальной скорости на землю с крыши высотой 5 м. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите среднюю мощность силы тяжести, действовавшей на тело во время падения.
Решение.
Найдём
скорость тела перед падением,
используя закон сохранения
энергии:
откуда
Если
на тело, движущееся с
постоянной скоростью
действует постоянная
сила, то мощность этой силы можно
вычислить как скалярное
произведение силы на скорость.
Поскольку на тело действует
постоянная сила, сила тяжести,
а скорость убывает линейно,
то среднюю мощность можно
определить как полуразность
конечной и начальной
мощностей. Примем во внимание,
что в начальной точке скорость
тела равна нулю:
Ответ: 100.
Ответ: 100
6845
100
Источник: СтатГрад: Диагностическая работа по физике 12.03.2015 Вариант ФИ10902.
18. Задание 4 № 6884. Сила притяжения Земли к Солнцу в 22,5 раза больше, чем сила притяжения Марса к Солнцу. Во сколько раз расстояние между Марсом и Солнцем больше расстояния между Землёй и Солнцем, если масса Земли в 10 раз больше массы Марса?
Решение.
Согласно закону всемирного тяготения сила притяжения между двумя материальными точками прямопропорциональна произведению их масс и обратнопропорциональна квадрату расстояния между ними.
Т.о.
сила притяжения Земли к Солнцу
,
а
сила притяжения Марса к Солнцу
.
Чтобы
ответить на вопрос задачи
необходимо выразить
отношение
Получаем
Ответ: 1,5
6884
1,5
Источник: ЕГЭ — 2015. Досрочная волна.
19. Задание 4 № 6916. Модуль силы гравитационного взаимодействия двух точечных тел, расположенных на расстоянии четырёх метров друг от друга, равен 5 Н. Каков будет модуль силы гравитационного взаимодействия этих тел, если расстояние между ними увеличить на 1 м?
Решение.
Согласно закону всемирного тяготения сила притяжения между двумя материальными точками прямопропорциональна произведению их масс и обратнопропорциональна квадрату расстояния между ними.
Отношение
сил гравитационного
взаимодействия в первом
и во втором случае
.
Получаем формулу для
Ответ: 3,2
6916
3,2
Источник: СтатГрад: Тренировочная работа по физике 14.04.2015 Вариант ФИ10601
20. Задание 4 № 6948. Модуль силы гравитационного взаимодействия двух точечных тел, расположенных на расстоянии трех метров друг от друга, равен 5 Н. Каков будет модуль силы гравитационного взаимодействия этих тел, если расстояние между ними уменьшить на 1 м?
Решение.
Согласно закону всемирного тяготения сила притяжения между двумя материальными точками прямопропорциональна произведению их масс и обратнопропорциональна квадрату расстояния между ними.
Отношение
сил гравитационного
взаимодействия в первом
и во втором случае
.
Получаем формулу для
Ответ: 11,25
6948
11,25
Источник: СтатГрад: Тренировочная работа по физике 14.04.2015 Вариант ФИ10602
21. Задание 4 № 7102. Две звезды одинаковой массы притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю F. Во сколько раз уменьшился бы модуль сил притяжения между звёздами, если бы расстояние между их центрами увеличилось в 1,5 раза, а масса каждой звезды уменьшилась в 2 раза?