Secolul al XVII-lea nu este fără motiv numit secolul marilor descoperiri astronomice. Observațiile pe termen lung ale lui Galileo, Copernic, Tycho Brahe au făcut posibil ca Johannes Kepler să formuleze legile mișcării corpurilor cerești. A fost nevoie de un geniu, Isaac Newton, pentru a explica de ce planetele sunt în mișcare perpetuă, ce le face să rămână pe orbita lor și ce este gravitația.

Ipoteze de geniu

Isaac Newton și-a formulat legile mișcării nu pentru teorie, ci pentru aplicare practică. Rezumarea datelor pe termen lung observatii astronomiceși datorită legilor sale de mișcare, acest mare om de știință a putut să răspundă la întrebarea care a derutat mai mult de o generație de oameni de știință: „Ce ține planetele pe orbitele lor?” Într-adevăr, înainte de Newton, oamenii de știință au prezentat diverse presupuneri - de la sfere de cristal la fluide magnetice. Datorită primei legi a lui Newton, a devenit clar că forța nu este necesară pentru o mișcare rectilinie uniformă. Forța este necesară pentru a face planetele să se miște pe o orbită curbă. Dacă aplicăm formula forței din a doua lege a lui Newton, atunci aceasta va fi egală cu produsul dintre accelerație și masă. Newton a ajuns la concluzia că accelerația trebuie să fie egală cu v 2/R. Deci un corp ceresc mai ușor, Luna de exemplu, se va învârti în jurul unuia mai greu, dar nu se va apropia niciodată de el. Acest lucru poate fi considerat ca o cădere de la o tangentă la un cerc pe cercul însuși. În punctul de contact, viteza poate fi constantă sau egală cu zero, dar accelerația este întotdeauna prezentă. Mișcare constantă de-a lungul unei orbite date fără absența accelerației vizibile - acesta este răspunsul lui Newton la întrebarea privind mișcarea planetelor.

Atracţie

Deci, Luna se mișcă în jurul Pământului, iar Pământul - în jurul Soarelui, supunând unei anumite forțe. Geniul lui Newton s-a manifestat prin faptul că a combinat forța de atracție a corpurilor cerești cu forța gravitației, care este cunoscută de fiecare locuitor al Pământului. Există o legendă că Newton a fost îndemnat la concluziile corecte de un măr obișnuit care i-a căzut în cap. Atracția unui măr și a Lunii către Pământ este descrisă după exact aceleași legi, a concluzionat cercetătorul. Gravitația și-a primit al doilea nume de la cuvântul „gravis”, care înseamnă „greutate”.

gravitatie

Rezumând legile mișcării planetare, Newton a descoperit că forța interacțiunii lor poate fi calculată prin formula:

Unde m 1 m 2 sunt masele corpurilor care interacționează, R este distanța dintre ele, iar G este un anumit coeficient de proporționalitate, numit constantă gravitațională. Cuvântul „gravitație” este ales absolut corect, deoarece provine de la cuvântul „greutate”. Numărul exact al constantei lui Newton nu a fost cunoscut; mult mai târziu, valoarea lui G a fost stabilită de Cavendish. Se poate observa că acțiunea forței de atracție este influențată de masele corpurilor și se ține cont de distanța dintre ele. Nici un alt factor nu poate afecta forța de atracție.

Sensul legii atracției

Această lege este universală și poate fi aplicată oricăror două corpuri care au masă. În cazul în care masa unui corp care interacționează este mult mai mare decât masa altuia, se poate vorbi de un caz special al forței gravitaționale, pentru care există un termen special „forță gravitațională”. Acest concept este folosit pentru problemele care calculează forța gravitațională pe Pământ sau altele corpuri cerești. Dacă înlocuim valoarea gravitației în formula celei de-a doua legi a lui Newton, obținem valoarea F=ma. Aici a este accelerația gravitației, care face ca corpurile să tindă unul spre celălalt. În problemele care implică utilizarea accelerației gravitaționale, aceasta este de obicei notă cu litera g. Folosind calculul integral pe care l-a dezvoltat, Newton a demonstrat matematic că forța gravitațională dintr-o minge este întotdeauna concentrată în centrul unui corp mai mare. În perechea măr-Pământ, vectorul de accelerație este îndreptat spre centrul pământului, în perechea Pământ-Soare este îndreptat către Soare și așa mai departe.

Dependența gravitației de latitudine

Forța gravitației pe Pământ depinde de înălțimea corpului sub suprafața planetei și de latitudinea la care se desfășoară experimentul. Înălțimea corpului afectează valoarea lui R, după cum puteți vedea, cu cât distanța de la suprafața Pământului este mai mare, cu atât valoarea lui g este mai mică. Relația dintre gravitație și latitudine se explică prin faptul că Pământul nu este o sferă, ci un geoid. Este ușor turtit la poli. Prin urmare, distanța de la centrul Pământului la ecuator și la pol va fi diferită - până la 10%. Această discrepanță face ca calculele să fie foarte incomode, de exemplu, calculele de marfă transcontinentală. Prin urmare, baza este luată ca un indicator al forței de atracție la latitudini medii de 9,81 m / s 2.

Greutate corporala

În viața de zi cu zi, un astfel de concept precum greutatea corporală este utilizat pe scară largă. În fizică, se notează cu litera P. Greutatea este forța cu care corpul apasă pe suport. În conceptul de zi cu zi, greutatea este adesea înlocuită cu conceptul de „masă”, deși acestea sunt cantități complet diferite. În funcție de ce valoare capătă forța gravitațională, se modifică și greutatea corpului. De exemplu, greutatea unei părți de plumb pe Pământ și pe Lună va fi diferită. Dar masa rămâne neschimbată atât pe Pământ, cât și pe Lună. În plus, în anumite cazuri, greutatea corporală poate fi zero. Greutatea este o mărime care are o direcție, iar masa este un scalar.

Dar întrucât, conform celei de-a treia legi a lui Newton, acțiunea este egală cu reacția, greutatea corpului egal cu puterea susține reacțiile.

Deoarece forța de reacție a unui suport simplu este destul de greu de măsurat, experimentul poate fi „întoarcat” prin agățarea unui corp pe un arc și măsurarea gradului de întindere a acestui arc. În acest caz, forța care întinde arcul cu sarcina va avea un F = mg complet logic, unde m este masa și g este accelerația cădere liberă.

Supraîncărcare

Dacă sarcina cu un arc este ridicată, atunci accelerația gravitației și accelerația ridicării vor fi direcționate în direcții opuse. Se poate reprezenta astfel: F = m(g+a). Gravitația și, în consecință, greutatea sa, cresc.

Există un termen special pentru creșterea în greutate asociată cu accelerația suplimentară - suprasarcină. Efectul supraîncărcării a fost experimentat de fiecare dintre noi, urcând într-un lift sau decolând într-un avion. Cosmonauții și piloții aeronavelor supersonice se confruntă cu o supraîncărcare deosebit de puternică în timpul decolării aeronavei lor.

Imponderabilitate

Când corpul este accelerat în direcția gravitației, adică în jos în cazul nostru, atunci F=m(g-a). Deci, greutatea corpului devine mai mică. În cazul limitativ, când a=g și ei sunt direcționați în direcții diferite, putem vorbi de greutate zero, adică corpul cade cu viteză constantă. Starea în care greutatea unui corp este zero se numește imponderabilitate. O persoană experimentează o stare de imponderabilitate în nava spatiala când se deplasează cu motoarele oprite. Imponderabilitate este o condiție comună pentru astronauții și piloții care zboară cu avioane supersonice.

Sensul gravitației

Fără gravitație, multe lucruri care ni se par naturale nu s-ar fi întâmplat - avalanșe nu s-ar fi coborât din munți, nu ar fi plouat, râurile nu s-ar fi scurs. Atmosfera Pământului este întreținută de gravitație. În comparație, planetele cu masă mai mică, precum Luna sau Mercur, și-au pierdut atmosfera foarte repede și au rămas fără apărare împotriva fluxului de radiații cosmice dure. Atmosfera Pământului a jucat un rol decisiv în apariția vieții pe Pământ, modificarea și conservarea acesteia.

Pe lângă gravitație, Pământul este afectat de forța gravitațională a Lunii. Datorită vecinătății sale apropiate (la scară cosmică), există fluxuri și reflux pe Pământ, continentele se schimbă și multe ritmuri biologice coincid cu calendarul lunar.

Astfel, forța gravitației nu trebuie privită ca o piedică supărătoare, ci ca o lege utilă și necesară a naturii.

Una dintre cele patru interacțiuni fundamentale cunoscute de fizica modernă este interacțiunea gravitațională. Constă în faptul că oricare două corpuri care au masă se atrag reciproc, cu o forță care este direct proporțională cu produsul acestor mase proprii și invers proporțională cu pătratul distanței dintre corpuri. cuvânt latin gravitas este tradus ca „gravitație”. Forța gravitației este suma forței atracție gravitaționalăși forța de inerție centrifugă care acționează asupra corpului.

Acțiunea gravitației

Să aflăm cum și asupra ce acționează forța gravitației? Efectul gravitațional al masei Pământului asupra corpurilor situate la suprafața sa sau la mică distanță de aceasta se numește „gravitație”. Forța gravitației acționează asupra atomilor corpurilor situate în vecinătatea pământului, precum și asupra radiatie electromagnetica. Influența gravitației asupra luminii și a altor tipuri de această radiație este descrisă de teoria generală a relativității.

Atunci când se calculează valoarea exactă a forței gravitaționale, precum și pentru a răspunde la întrebarea despre ce este forța gravitațională, se iau în considerare distanța obiectului până la centrul de masă al Pământului, precum și forța centrifugă. care acționează asupra corpului datorită rotației pământului (forța Coriolis). Astfel de calcule fine sunt efectuate, în primul rând, în pregătirea proiectelor spațiale, precum și în efectuarea de experimente științifice de precizie.

Pentru o estimare aproximativă, care este suficientă, în cele mai multe cazuri, pentru a răspunde la întrebarea privind modul de a găsi forța gravitațională, se găsește folosind o formulă simplă: str = m *. g, unde str este vectorul gravitațional, m este masa corpului și este accelerația de cădere liberă. Modulul acestei accelerații este de obicei luat egal cu 9,8 m/s 2 .

Masa si greutatea

Când folosesc termeni precum gravitația, greutatea și masa, oamenii fac adesea o serie de inexactități. Deci, gravitația este uneori confundată cu greutatea, iar greutatea cu masa. Să clarificăm aceste probleme.

Sursa gravitației este Pământul, care acționează asupra unui corp situat la suprafața sa. Greutatea este forța cu care un corp acționează asupra unui suport. Dacă corpul se sprijină pe sol, atunci greutatea este forța cu care acționează asupra solului. În acest caz (când corpul este în repaus), conform celei de-a treia legi a lui Newton, modulul greutății este egal cu modulul gravitației.

În cadrul fizicii, masa este o măsură a capacității corpului de a interacționa gravitațională (precum și o măsură a inerției corpului, dar aceasta nu are nimic de-a face cu acest subiect). Și, dacă gravitația și greutatea sunt măsurate în unități de forță - Newtoni, atunci masa se măsoară în kilograme.

Cântare măsoară greutatea unui obiect. În consecință, pentru a determina cu ce este egală forța gravitațională care acționează asupra corpului, puteți pune corpul pe cântar și îl puteți lăsa în repaus. În același timp, scara greutăților este gradată în așa fel încât să arate masa corpului, ținând cont de faptul că acesta este în repaus.

Dacă, în timp ce stai pe cântar, începi să te balansezi cu degetele de la picioare, vei vedea că citirile cântarului se schimbă. Acest lucru se datorează faptului că greutatea ta se schimbă. În același timp, atât masa ta, cât și forța gravitațională care acționează asupra ta rămân neschimbate.

Un exemplu mai evident de schimbare a greutății sunt forțele G experimentate de cosmonauți și piloți atunci când aceștia aeronave deplasându-se cu accelerație în raport cu pământul. În același timp, din nou, nici masa și nici greutatea piloților nu se schimbă.

Când corpurile interacționează între ele, viteza lor se poate schimba. Corpul poate începe să se miște, să se oprească, să-și schimbe direcția mișcării. În același timp, de multe ori nici măcar nu menționăm care dintre corpuri a avut impact asupra acestui organism. Spunem pur și simplu că viteza corpului s-a schimbat sub influența forței.

Forța este o mărime fizică care caracterizează acțiunea unui corp asupra altuia.

Există patru indicii că o forță acționează asupra unui corp.

1. Valoarea vitezei corpului se poate modifica.

2. Corpul poate schimba direcția.

3. Mărimea corpului se poate modifica.

4. Forma corpului se poate schimba.

Vă rugăm să rețineți că viteza poate să nu se modifice pentru întregul corp, ci doar pentru unele părți ale acestuia. Dar aceasta înseamnă că distanța dintre părțile individuale ale corpului se modifică, adică dimensiunea și forma se schimbă. Acest proces se numește deformare a corpului.

Deformarea este o modificare a poziției relative a particulelor corporale asociată cu mișcarea lor una față de alta.

De asemenea, viteza este o mărime vectorială. Prin urmare, atât o modificare a mărimii vitezei, cât și o schimbare a direcției acesteia înseamnă o modificare a vectorului viteză. Prin urmare, toate cele patru semne ale acțiunii forței enumerate mai sus pot fi reduse la unul singur.

Sub acțiunea unei forțe, are loc o schimbare a vitezei întregului corp sau a părților sale.

Luați în considerare modul în care un corp este aruncat orizontal. Să fim atenți la faptul că traiectoria mingii nu este o linie dreaptă, iar valoarea vitezei mingii nu rămâne constantă. Aceasta înseamnă că o forță acționează asupra mingii. Ce este această putere?

Orez. 2. Mișcarea unei mingi aruncate orizontal este o mișcare cu o viteză care se schimbă în mărime și direcție

Toate corpurile care se află pe suprafața Pământului și în apropierea acestuia sunt atrase de Pământ. O persoană care sare peste suprafața Pământului, un obiect ridicat deasupra suprafeței Pământului, un avion care zboară deasupra Pământului, satelit artificial, mișcându-se pe orbită în jurul Pământului și chiar a Lunii - toate aceste corpuri sunt atrase de Pământ. Forța acestei atracție se numește gravitație.

Gravitația este forța cu care toate corpurile sunt atrase de Pământ.

Corpuri diferite sunt atrase de Pământ cu forțe diferite. Cu cât masa unui corp este mai mare, cu atât forța gravitației care acționează asupra acestuia este mai mare.

Forța poate fi mai mult sau mai puțin. Prin urmare, forța este o mărime fizică. În plus, forța are o direcție. De exemplu, gravitația este îndreptată vertical în jos (spre centrul globului).

Orez. 3. „Jos” este direcția către centrul Pământului

Prin urmare, forța este o mărime vectorială. Este notat cu simbolul (de la cuvânt englezesc„forță”, care înseamnă „putere”). Unitatea de forță SI este Newtonul (N). Mai multe despre unitățile de măsură ale forței și despre dispozitivul de măsurare a acesteia vor fi discutate în lecțiile următoare.

Pământul nu numai că atrage toate trupurile spre sine, dar toate corpurile atrag pământul spre sine.

De două ori pe zi, valuri se ridică pe mări și oceane. Se numesc valuri de maree. Motivul apariției lor este atracția Pământului și a acestuia coajă de apă Luna.

Orez. 4. Mareele se explică prin interacțiunea dintre Luni și învelișul de apă al Pământului

Deci, toate corpurile interacționează între ele. Forța care este măsura acestei interacțiuni se numește forță gravitatie.

Fizicianul englez Isaac Newton a susținut că toate corpurile din univers sunt atrase unele de altele. El a descoperit, de asemenea, că cu cât este mai mare masa corpurilor care interacționează, cu atât este mai mare forța cu care acestea interacționează. Newton a mai descoperit că, cu cât distanța dintre corpuri este mai mare, cu atât forța interacțiunii lor este mai mică.

Deci forța gravitației este caz special forta gravitatiei.

Deci, interacțiunea corpurilor este descrisă folosind vectorul cantitate fizica care se numește putere. Forța este cauza unei modificări a vitezei întregului corp sau a părților sale (în al doilea caz, corpul este deformat). Toate corpurile situate pe suprafața Pământului sau în apropierea acestuia sunt afectate de una dintre varietățile de forță - forța gravitației. Gravitația este una dintre manifestările forței gravitației universale, ale cărei proprietăți au fost descoperite de Isaac Newton.

Bibliografie

1. Peryshkin A.V. Fizică. 7 celule - Ed. a XIV-a, stereotip. – M.: Dropia, 2010.

2. Peryshkin A.V. Culegere de probleme de fizică, clasele 7 - 9: ed. a V-a, stereotip. - M: Editura „Examen”, 2010.

3. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de sarcini la fizică pentru clasele 7-9 institutii de invatamant. – Ed. a XVII-a. - M .: Educație, 2004.

1. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

2. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

Teme pentru acasă

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de probleme de fizică pentru clasele 7 - 9 nr. 285–294