- •Введение Предмет физики, и ее связь с другими науками, техникой.
- •Величины, измерения, погрешности и округление величин.
- •Обработка результатов косвенных измерений.
- •Допуск к лабораторной работе
- •Оформление конспекта для допуска к лабораторной работе
- •Оформление лабораторной работы к зачету
- •Г р а ф и к (требования):
- •Вывод по графику (шаблон):
- •Вывод по ответу (шаблон):
- •Механика Второй закон Ньютона.
- •Силы в природе Закон всемирного тяготения. Движение тел под действием силы тяжести
- •Вес и невесомость
- •Сила трения
- •Законы сохранения в механике Закон сохранения импульса. Реактивное движение
- •Механическая работа и мощность
- •Кинетическая и потенциальная энергии
- •Закон сохранения механической энергии
- •Механические колебания
- •Механические колебания Гармонические колебания
- •Свободные колебания. Пружинный маятник
- •Свободные колебания. Математический маятник
- •Превращения энергии при свободных механических колебаниях
- •Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •Распределение максвелла
- •Молекулярно-кинетическая теория
- •Основное уравнение мкт газов. Температура
- •Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы
- •Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары
- •Табличные значения
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •Цикл карно
- •Термодинамика Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термодинамике
- •Первый закон термодинамики
- •Теплоемкость идеального газа
- •Тепловые двигатели. Термодинамические циклы. Цикл Карно
- •Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики. Понятие энтропии
- •Постоянный электрический ток
- •Последовательное и параллельное соединение проводников
- •Правила Кирхгофа для разветвленных цепей
- •Работа и мощность тока
- •Некоторые полезные сведения
Вес и невесомость
Силу тяжести с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.
Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. При этом предполагается, что тело неподвижно относительно опоры или подвеса. Пусть тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальном столе (рис. 1.1.3). Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. На тело действуют сила тяжести направленная вертикально вниз, и сила упругости с которой опора действует на тело. Силу называют силой нормального давления или силой реакции опоры. Силы, действующие на тело, уравновешивают друг друга: В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на опору с некоторой силой равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону: По определению, сила и называется весом тела. Из приведенных выше соотношений видно, что то есть вес тела равен силе тяжести Но эти силы приложены к разным телам!
1 |
Рисунок 1.1.3. Вес тела и сила тяжести. – сила тяжести, – сила реакции опоры, – сила давления тела на опору (вес тела). |
Если тело неподвижно висит на пружине, то роль силы реакции опоры (подвеса) играет упругая силы пружины. По растяжению пружины можно определить вес тела и равную ему силу притяжения тела Землей. Для определения веса тела можно использовать также рычажные весы, сравнивая вес данного тела с весом гирь на равноплечем рычаге. Приводя в равновесие рычажные весы путем уравнивая веса тела суммарным весом гирь, мы одновременно достигаем равенства массы тела суммарной массе гирь, независимо от значения ускорения свободного падения в данной точке земной поверхности. Например, при подъеме в горы на высоту 1 км показания пружинных весов изменяются на 0,0003 от своего значения на уровне моря. При этом равновесие рычажных весов сохраняется. Поэтому рычажные весы являются прибором для определения массы тела путем сравнения с массой гирь (эталонов).
Рассмотрим теперь случай, когда тело лежит на опоре (или подвешено на пружине) в кабине лифта, движущейся с некоторым ускорением относительно Земли. Система отсчета, связанная с лифтом, не является инерциальной. На тело по-прежнему действуют сила тяжести и сила реакции опоры но теперь эти силы не уравновешивают друг друга. По второму закону Ньютона
|
Сила действующая на опору со стороны тела, которую и называют весом тела, по третьему закону Ньютона равна Следовательно, вес тела в ускоренно движущемся лифте есть
|
Пусть вектор ускорения направлен по вертикали (вниз или вверх). Если координатную ось OY направить вертикально вниз, то векторное уравнение для можно переписать в скалярной форме:
|
P = m(g – a). |
(*) |
В этой формуле величины P, g и a следует рассматривать как проекции векторов , и на ось OY. Так как эта ось направлена вертикально вниз, g = const > 0, а величины P и a могут быть как положительными, так и отрицательными. Пусть, для определенности, вектор ускорения направлен вертикально вниз, тогда a > 0 (рис. 1.1.4).
2 |
Рисунок 1.1.4. Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения направлен вертикально вниз. 1) a < g, P < mg; 2) a = g, P = 0 (невесомость); 3) a > g, P < 0. |
Из формулы (*) видно, что если a < g, то вес тела P в ускоренно движущемся лифте меньше силы тяжести. Если a > g, то вес тела изменяет знак. Это означает, что тело прижимается не к полу, а к потолку кабины лифта («отрицательный» вес). Наконец, если a = g, то P = 0. Тело свободно падает на Землю вместе с кабиной. Такое состояние называется невесомостью. Оно возникает, например, в кабине космического корабля при его движении по орбите с выключенными реактивными двигателями.
Если вектор ускорения направлен вертикально вверх (рис. 1.1.5), то a < 0 и, следовательно, вес тела всегда будет превышать по модулю силу тяжести. Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают космонавты, как при взлете космической ракеты, так и на участке торможения при входе корабля в плотные слои атмосферы. Большие перегрузки испытывают летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, особенно на сверхзвуковых самолетах.
3 |
Рисунок 1.1.5. Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения направлен вертикально вверх. Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу тяжести (двукратная перегрузка). |