Jedna od četiri fundamentalne interakcije poznate modernoj fizici je gravitaciona interakcija. Ona leži u činjenici da se bilo koja dva tijela koja imaju masu privlače jedno drugo, sa silom koja je direktno proporcionalna proizvodu tih vlastitih masa, a obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između tijela. latinska riječ gravitas se prevodi kao "gravitacija". Sila gravitacije je zbir sila gravitaciono privlačenje i centrifugalna sila inercije koja djeluje na tijelo.

Djelovanje gravitacije

Hajde da saznamo kako i na šta djeluje sila gravitacije? Gravitacijski učinak Zemljine mase na tijela koja se nalaze na njenoj površini ili na maloj udaljenosti od nje naziva se "gravitacija". Sila gravitacije djeluje na atome tijela koja se nalaze u blizini Zemlje, kao i na elektromagnetno zračenje. Utjecaj gravitacije na svjetlost i druge vrste ovog zračenja opisan je općom teorijom relativnosti.

Prilikom izračunavanja tačne vrijednosti sile gravitacije, kao i da bi se odgovorilo na pitanje kolika je sila gravitacije, uzimaju u obzir udaljenost objekta do centra mase Zemlje, kao i centrifugalnu silu koja deluje na telo usled rotacije zemlje (Coriolisova sila). Ovakvi fini proračuni se sprovode, prije svega, u pripremi svemirskih projekata, kao i u izvođenju preciznih naučnih eksperimenata.

Za grubu procjenu, koja je u većini slučajeva dovoljna za odgovor na pitanje kako pronaći silu gravitacije, nalazi se pomoću jednostavne formule: str = m *. g, gdje je struna vektor gravitacije, m masa tijela, ubrzanje slobodan pad. Modul ovog ubrzanja se obično uzima jednakim 9,8 m/s 2 .

Masa i težina

Kada koriste termine kao što su gravitacija, težina i masa, ljudi često prave brojne netočnosti. Dakle, gravitaciju se ponekad brka sa težinom, a težinu sa masom. Hajde da razjasnimo ova pitanja.

Izvor gravitacije je Zemlja, koja djeluje na tijelo koje se nalazi na njenoj površini. Težina je sila kojom tijelo djeluje na oslonac. Ako tijelo počiva na tlu, tada je težina sila kojom djeluje na tlo. U ovom slučaju (kada tijelo miruje), prema trećem Newtonovom zakonu, modul težine jednak je modulu gravitacije.

U okviru fizike, masa je mjera sposobnosti tijela za gravitacijsko djelovanje (kao i mjera inercije tijela, ali to nema veze sa ovom temom). A, ako se gravitacija i težina mjere u jedinicama sile - njutnima, onda se masa mjeri u kilogramima.

Vage mjere težinu predmeta. Prema tome, da biste odredili koliko je jednaka sila gravitacije koja djeluje na tijelo, možete staviti tijelo na vagu i ostaviti ga da miruje. Istovremeno, skala utega je stepenovana na način da pokazuje masu tijela, uzimajući u obzir činjenicu da ono miruje.

Ako, dok stojite na vagi, počnete da se ljuljate na prstima, vidjet ćete da se očitanja vaga mijenjaju. To je zato što se vaša težina mijenja. U isto vrijeme, i vaša masa i sila gravitacije koja djeluje na vas ostaju nepromijenjene.

Očigledniji primjer promjene težine su g-sile koje doživljavaju kosmonauti i piloti kada su aviona krećući se ubrzanjem u odnosu na zemlju. U isto vrijeme, opet, ni masa ni težina pilota se ne mijenjaju.

Kada tijela međusobno djeluju, njihova brzina se može promijeniti. Tijelo se može pokrenuti, zaustaviti, promijeniti smjer kretanja. Istovremeno, često i ne spominjemo koje je od tijela imalo uticaj na ovo tijelo. Jednostavno kažemo da se brzina tijela promijenila pod utjecajem sile.

Sila je fizička veličina koja karakterizira djelovanje jednog tijela na drugo.

Postoje četiri indikacije da sila djeluje na tijelo.

1. Vrijednost brzine tijela se može promijeniti.

2. Tijelo može promijeniti smjer.

3. Veličina tijela se može promijeniti.

4. Oblik tijela se može promijeniti.

Napominjemo da se brzina ne može promijeniti za cijelo tijelo, već samo za neke njegove dijelove. Ali to znači da se razmak između pojedinih dijelova tijela mijenja, odnosno mijenja se njegova veličina i oblik. Ovaj proces se naziva deformacija tijela.

Deformacija je promjena relativnog položaja čestica tijela povezana s njihovim kretanjem jedna u odnosu na drugu.

Takođe, brzina je vektorska veličina. Stoga i promjena veličine brzine i promjena njenog smjera znači promjenu vektora brzine. Stoga se sva četiri gore navedena znaka djelovanja sile mogu svesti na jedan.

Pod djelovanjem sile dolazi do promjene brzine cijelog tijela ili njegovih dijelova.

Razmotrite kako se tijelo baca horizontalno. Obratimo pažnju na činjenicu da putanja lopte nije prava linija, a vrijednost brzine lopte ne ostaje konstantna. To znači da na loptu djeluje sila. Kakva je ovo moć?

Rice. 2. Kretanje horizontalno bačene lopte je kretanje brzinom koja se mijenja po veličini i smjeru

Sva tijela koja se nalaze na površini Zemlje iu njenoj blizini privlače se Zemlji. Osoba koja skače preko površine Zemlje, predmet podignut iznad površine Zemlje, avion koji leti iznad Zemlje, vještački satelit, krećući se u orbiti oko Zemlje, pa čak i Mjeseca - sva ova tijela privlače Zemlju. Sila ove privlačnosti naziva se gravitacija.

Gravitacija je sila kojom se sva tijela privlače prema Zemlji.

Različita tijela privlače Zemlju različitom snagom. Što je masa veća, to je veća sila gravitacije koja na njega djeluje.

Snaga može biti veća ili manja. Dakle, sila je fizička veličina. Osim toga, sila ima smjer. Na primjer, gravitacija je usmjerena okomito prema dolje (prema centru globusa).

Rice. 3. "Dolje" je pravac prema centru Zemlje

Dakle, sila je vektorska veličina. Označava se simbolom (od engleska riječ"sila", što znači "snaga"). SI jedinica sile je Njutn (N). Više o mjernim jedinicama sile i uređaju za njeno mjerenje bit će riječi u narednim lekcijama.

Zemlja ne samo da privlači sva tijela k sebi, već sva tijela privlače zemlju k sebi.

Dva puta dnevno talasi se dižu na morima i okeanima. Zovu se plimni talasi. Razlog njihove pojave je privlačnost Zemlje i njenog vodena školjka Mjesec.

Rice. 4. Plima i oseka se objašnjavaju interakcijom mjeseca i vodene ljuske Zemlje

Dakle, sva tijela međusobno djeluju. Sila koja je mjera ove interakcije naziva se sila gravitacije.

Engleski fizičar Isaac Newton tvrdio je da se sva tijela u svemiru privlače jedno prema drugom. Također je otkrio da što je veća masa tijela u interakciji, to je veća sila s kojom oni djeluju. Newton je također otkrio da što je veća udaljenost između tijela, to je manja sila njihove interakcije.

Dakle, sila gravitacije je poseban slučaj sila gravitacije.

Dakle, interakcija tijela se opisuje pomoću vektora fizička količina koja se zove snaga. Sila je uzrok promjene brzine cijelog tijela ili njegovih dijelova (u drugom slučaju tijelo je deformirano). Na sva tijela koja se nalaze na površini Zemlje ili blizu nje djeluje jedna od varijanti sile - sila gravitacije. Gravitacija je jedna od manifestacija sile univerzalne gravitacije, čija je svojstva otkrio Isaac Newton.

Bibliografija

1. Peryshkin A.V. fizika. 7 ćelija - 14. izd., stereotip. – M.: Drfa, 2010.

2. Peryshkin A.V. Zbirka zadataka iz fizike, 7. - 9. razred: 5. izd., stereotip. - M: Izdavačka kuća "Ispit", 2010.

3. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Zbirka zadataka iz fizike za 7 - 9 razred obrazovne institucije. – 17. izd. – M.: Prosvjeta, 2004.

1. Jedinstvena zbirka digitalnih obrazovnih resursa ().

2. Jedinstvena zbirka digitalnih obrazovnih resursa ().

Zadaća

Lukašik V.I., Ivanova E.V. Zbirka zadataka iz fizike za 7. - 9. razred br. 285–294

Sedamnaesti vijek se ne bez razloga naziva stoljećem velikih astronomskih otkrića. Dugogodišnja zapažanja Galileja, Kopernika, Tiha Brahea omogućila su Johanesu Kepleru da formuliše zakone kretanja nebeskih tela. Bio je potreban genije, Isaac Newton, da objasni zašto su planete u stalnom kretanju, šta ih čini da ostanu u svojoj orbiti i šta je gravitacija.

Hipoteze genija

Isaac Newton nije formulirao svoje zakone kretanja za teoriju, već za praktičnu primjenu. Sumiranje dugoročnih podataka astronomska posmatranja a zahvaljujući svojim zakonima kretanja, ovaj veliki naučnik je mogao da odgovori na pitanje koje je zbunilo više od jedne generacije naučnika: "Šta drži planete u njihovim orbitama?" Zaista, prije Newtona, naučnici su iznijeli različite pretpostavke - od kristalnih sfera do magnetnih fluida. Zahvaljujući prvom Newtonovom zakonu, postalo je jasno da sila nije potrebna za ravnomjerno pravolinijsko kretanje. Sila je potrebna da bi se planete kretale po zakrivljenoj orbiti. Ako primijenimo formulu sile iz Newtonovog drugog zakona, onda će ona biti jednaka proizvodu ubrzanja i mase. Newton je došao do zaključka da ubrzanje mora biti jednako v 2/R. Tako će se lakše nebesko tijelo, na primjer Mjesec, okretati oko težeg, ali mu se nikada neće približiti. Ovo se može zamisliti kao padanje s tangente na kružnicu na samu kružnicu. U tački kontakta brzina može biti konstantna ili jednaka nuli, ali je ubrzanje uvijek prisutno. Konstantno kretanje duž date orbite bez odsustva vidljivog ubrzanja - to je Newtonov odgovor na pitanje o kretanju planeta.

Atrakcija

Dakle, Mjesec se kreće oko Zemlje, a Zemlja - oko Sunca, pokoravajući se određenoj sili. Njutnov genij se očitovao u tome što je spojio silu privlačenja nebeskih tijela sa silom gravitacije, koja je poznata svakom stanovniku Zemlje. Postoji legenda da je Newtona na ispravne zaključke potaknula obična jabuka koja mu je pala na glavu. Privlačenje jabuke i Mjeseca Zemlji opisuje se po potpuno istim zakonima, zaključio je istraživač. Gravitacija je dobila svoje drugo ime po riječi "gravis", što znači "težina".

gravitacije

Rezimirajući zakone planetarnog kretanja, Newton je otkrio da se sila njihove interakcije može izračunati po formuli:

Gdje su m 1 m 2 mase tijela u interakciji, R je udaljenost između njih, a G je određeni koeficijent proporcionalnosti, koji se naziva gravitaciona konstanta. Riječ "gravitacija" odabrana je apsolutno ispravno, jer dolazi od riječi "težina". Tačan broj Njutnove konstante nije bio poznat; mnogo kasnije, vrednost G je ustanovio Cavendish. Vidi se da na djelovanje sile privlačenja utječu mase tijela i uzima se u obzir udaljenost između njih. Nikakvi drugi faktori ne mogu uticati na snagu privlačnosti.

Značenje zakona privlačenja

Ovaj zakon je univerzalan i može se primijeniti na bilo koja dva tijela koja imaju masu. U slučaju kada je masa jednog tijela u interakciji mnogo veća od mase drugog, možemo govoriti o posebnom slučaju gravitacijske sile, za koju postoji poseban naziv „gravitacijska sila“. Ovaj koncept se koristi za probleme koji izračunavaju silu gravitacije na Zemlji ili nečem drugom nebeska tela. Ako zamijenimo vrijednost gravitacije u formulu drugog Newtonovog zakona, dobićemo vrijednost F=ma. Ovdje je a ubrzanje gravitacije, koje uzrokuje da tijela teže jedno prema drugom. U problemima koji uključuju upotrebu gravitacionog ubrzanja, obično se označava slovom g. Koristeći integralni račun koji je razvio, Newton je matematički dokazao da je sila gravitacije u lopti uvijek koncentrisana u centru većeg tijela. U paru jabuka-Zemlja vektor ubrzanja je usmjeren prema centru zemlje, u paru Zemlja-Sunce usmjeren je prema Suncu, itd.

Zavisnosti gravitacije od geografske širine

Sila gravitacije na Zemlji zavisi od visine tijela ispod površine planete i od geografske širine na kojoj se eksperiment izvodi. Visina tijela utiče na vrijednost R, kao što vidite, što je udaljenost od Zemljine površine veća, to je vrijednost g manja. Odnos između gravitacije i geografske širine objašnjava se činjenicom da Zemlja nije sfera, već geoid. Na polovima je blago spljošten. Stoga će udaljenost od centra Zemlje do ekvatora i pola biti različita - do 10%. Ova neusklađenost čini proračune vrlo nezgodnim, na primjer, proračune transkontinentalnog tereta. Stoga se osnova uzima kao pokazatelj sile privlačenja na srednjim geografskim širinama od 9,81 m / s 2.

Tjelesna težina

U svakodnevnom životu široko se koristi koncept kao što je tjelesna težina. U fizici se označava slovom P. Težina je sila kojom tijelo pritiska oslonac. U svakodnevnom konceptu težina se često zamjenjuje konceptom "mase", iako su to potpuno različite količine. U zavisnosti od toga koliku vrijednost poprima sila gravitacije, mijenja se i težina tijela. Na primjer, težina olovnog dijela na Zemlji i Mjesecu bit će različita. Ali masa ostaje nepromijenjena i na Zemlji i na Mjesecu. Osim toga, u određenim slučajevima, tjelesna težina može biti nula. Težina je veličina koja ima smjer, a masa je skalar.

Ali pošto je, prema trećem Newtonovom zakonu, akcija jednaka reakciji, težini tijela jednaka snazi reakcije podrške.

Kako je silu reakcije jednostavnog oslonca prilično teško izmjeriti, eksperiment se može "preokrenuti" okačenjem tijela na oprugu i mjerenjem stepena istezanja ove opruge. U ovom slučaju, sila koja rasteže oprugu sa opterećenjem će imati potpuno logičan F=mg, gdje je m masa, a g ubrzanje slobodnog pada.

Preopterećenje

Ako se teret sa oprugom podigne, tada će ubrzanje gravitacije i ubrzanje podizanja biti usmjerene u suprotnim smjerovima. Može se predstaviti na sljedeći način: F = m(g+a). Gravitacija, a samim tim i njena težina, raste.

Postoji poseban izraz za povećanje težine povezano s dodatnim ubrzanjem - preopterećenjem. Efekat preopterećenja iskusio je svako od nas, dižući se u liftu ili poleteći avionom. Posebno snažno preopterećenje doživljavaju kosmonauti i piloti nadzvučnih aviona prilikom polijetanja svojih aviona.

bestežinsko stanje

Kada se tijelo ubrza u smjeru gravitacije, odnosno u našem slučaju naniže, tada je F=m(g-a). Dakle, težina tijela postaje manja. U graničnom slučaju, kada je a=g i oni su usmjereni u različitim smjerovima, možemo govoriti o nultoj težini, odnosno da tijelo pada konstantnom brzinom. Stanje u kojem je težina tijela nula naziva se bestežinsko stanje. Osoba doživljava stanje bestežinskog stanja svemirski brod kada se kreće sa ugašenim motorima. Betežinsko stanje je uobičajeno stanje za astronaute i pilote koji lete nadzvučnim avionima.

Značenje gravitacije

Bez gravitacije se mnoge stvari koje nam se čine prirodnim ne bi dešavale - ne bi se spuštale lavine sa planina, ne bi padala kiša, ne bi tekle rijeke. Zemljinu atmosferu održava gravitacija. Za usporedbu, planete s manjom masom, poput Mjeseca ili Merkura, vrlo su brzo izgubile svoju atmosferu i ostale su bespomoćne protiv strujanja jakog kosmičkog zračenja. Zemljina atmosfera odigrala je odlučujuću ulogu u nastanku života na Zemlji, njegovoj modificiranju i očuvanju.

Osim gravitacije, na Zemlju djeluje i sila gravitacije Mjeseca. Zbog svog bliskog (na kosmičkim razmjerima) susjedstva, na Zemlji postoje oseke i oseke, kontinenti se pomjeraju, a mnogi biološki ritmovi se poklapaju sa lunarnim kalendarom.

Dakle, silu gravitacije ne treba posmatrati kao dosadnu prepreku, već kao koristan i neophodan zakon prirode.