При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Возьмите железный гвоздь, вокруг которого обмотайте изолированную проволоку?

Возьмите железный гвоздь, вокруг которого обмотайте изолированную проволоку.

Подключите проволоку к источнику питания 4, 5 В и опустите обмотанный гвоздь в коробочку с железными кнопками или со скрепками.

Что Вы наблюдаете?

Что изменится, если гвоздь обмотать неизолированной проволокой?

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Мы построили простой электромагнит, где электрическое поле тока породило магнитное поле.

Если для обмотки катушкиприменим не изолированную проволоку то получится короткое замыкание цепи.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Алюминиевая, железная и нихромовая проволоки, имеющие одинаковые размеры, соединены последовательно и подключены к источнику тока?

Алюминиевая, железная и нихромовая проволоки, имеющие одинаковые размеры, соединены последовательно и подключены к источнику тока.

На какой из проволок при прохождении электрического тока будет выделяться наибольшее количество теплоты за одно и то же время?

1) на алюминиевой 2) на железной 3) на нихромовой 4) на всех трёх проволоках будет выделяться одинаковое количество теплоты.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Собрали цепь из источника тока, лампы и тонкой железной проволоки, соединенных последовательно?

Собрали цепь из источника тока, лампы и тонкой железной проволоки, соединенных последовательно.

Лампа станет гореть ярче, если

1) проволоку заменить на более тонкую

2) увеличить длину проволоки

3) железную проволоку заменить на медную

4) поменять местами проволоку и лампу.

Медная и железная проволоки одинаковой длины включены параллельно в цепь, причем железная проволока имеет вдвое больший диаметр?

Медная и железная проволоки одинаковой длины включены параллельно в цепь, причем железная проволока имеет вдвое больший диаметр.

Сила тока в медной проволоке 60 мА.

Какова сила тока в железной проволоке?

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Можно ли железный гвоздь расплавить в оловянной чашке?

Можно ли железный гвоздь расплавить в оловянной чашке?

Какой полюс будет на заострённом конце гвоздя, если по намотанной вокруг него изолированной проволоке пропустить ток?

Какой полюс будет на заострённом конце гвоздя, если по намотанной вокруг него изолированной проволоке пропустить ток?

Что произойдет, если изменить направление тока в проволоке?

Как изменится сопротивление неизолированной проволоки если ее сложить вдвое?

Как изменится сопротивление неизолированной проволоки если ее сложить вдвое?

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Какая проволока прочнее железная или медная?

Какая проволока прочнее железная или медная.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Можно ли намагнитить железный стержень если намотать на него тонкую проволоку в два слоя с противоположным направлением намотки и подключить к источнику постоянного тока?

Можно ли намагнитить железный стержень если намотать на него тонкую проволоку в два слоя с противоположным направлением намотки и подключить к источнику постоянного тока?

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Намотайте на гвоздь несколько десятков витков медной изолированной проволоки, концы которой подключите к батарейке?

Намотайте на гвоздь несколько десятков витков медной изолированной проволоки, концы которой подключите к батарейке.

Пронаблюдайте, будут ли притягиваться к гвоздю булавки , кнопки, мелкие гвозди, скрепки.

Как будет реагировать стрелка компаса, поднесённая к гвоздю?

Объясните наблюдаемое явление.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Кусок пробки массы 10 g, обмотанный медной проволокой с поперечным сечением 1 , остаётся в равновесии в воде, не погружаясь и не всплывая?

Кусок пробки массы 10 g, обмотанный медной проволокой с поперечным сечением 1 , остаётся в равновесии в воде, не погружаясь и не всплывая.

Найдите длину проволоки.

Плотность пробки равна 0, 21 * , меди — 8, 9 * .

На этой странице сайта размещен вопрос Возьмите железный гвоздь, вокруг которого обмотайте изолированную проволоку? из категории Физика с правильным ответом на него. Уровень сложности вопроса соответствует знаниям учеников 10 — 11 классов. Здесь же находятся ответы по заданному поиску, которые вы найдете с помощью автоматической системы. Одновременно с ответом на ваш вопрос показаны другие, похожие варианты по заданной теме. На этой странице можно обсудить все варианты ответов с другими пользователями сайта и получить от них наиболее полную подсказку.

Для проведения опыта учитель взял железный гвоздь обмотаем его изолированной проволокой

Учитель на уроке проделал следующий опыт. Он поставил на тележку сосуд с водой, из которого вода капает в другой сосуд с узким горлышком, размещённый на той же тележке (см. рис.).

Учитель обратил внимание учащихся на тот факт, что капли одинаково попадают в подставленный сосуд и тогда, когда тележка покоится относительно демонстрационного стола, и тогда, когда она движется равномерно и прямолинейно относительно стола. С какой целью был проведён данный опыт?

Решение . Опыт был приведён с целью показать, что во всех инерциальных системах отсчёта механические явления в одинаковых условиях протекают одинаково.

Возможны и другие аналогичные ответы, например, «опыт приведён с целью показать, что все инерциальные системы отсчёта равноправны». Или «опыт приведён с целью показать, справедливость принципа относительности Галилея».

Учитель на уроке провёл следующий опыт (см. рис.). Он довёл до кипения воду в колбе и затем плотно её закрыл. Немного подождав, чтобы колба несколько остыла, он перевернул её и закрепил в штативе. Далее он начал поливать дно колбы холодной водой, в результате чего давление воздуха (и пара) в колбе резко упало. Вода в колбе бурно закипела, хотя её температура была ниже 100 °C.

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что при уменьшении давления температура кипения понижается.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт с прибором «трубка Ньютона». При наличии воздуха в трубке дробинка падала в трубке быстрее пёрышка (см. рис.). Однако, когда воздух из трубки откачали, падение в ней дробинки и пёрышка происходило одинаково.

Какой вывод можно сделать на основании этого опыта?

Решение . Вблизи своей поверхности Земля всем телам сообщает одинаковое ускорение. (Воздух оказывает сопротивление движению, и это сопротивление зависит от формы тела.)

Учитель на уроке уравновесил на рычажных весах два одинаковых стакана с водой, только один стакан был заполнен холодной водой, а другой — горячей.

Через некоторое время учитель обратил внимание учащихся на тот факт, что равновесие весов нарушилось: перевесил стакан с холодной водой.

С какой целью был проведен данный опыт?

Решение . Показать, что скорость испарения воды (жидкости) зависит от её температуры.

Учитель на уроке провёл следующий опыт (см. рис.). Он поместил ватку, смоченную эфиром, на дно толстостенного прозрачного цилиндра. Затем очень быстро вдвинул в цилиндр поршень. При этом смесь воздуха с парами эфира нагрелась так сильно, что ватка воспламенилась.

Решение . При адиабатном сжатии газ нагревается. (В отсутствие теплопередачи газ нагревается при сжатии.)

Исследуя электрическое сопротивление металлической проволоки, учитель на уроке собрал электрическую цепь, представленную на рисунке. При передвижении ползунка К вдоль проволоки учащиеся наблюдали изменение яркости свечения лампы накаливания.

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что электрическое сопротивление проводника (металлической проволоки) зависит от длины проводника.

Учитель на уроке провёл следующий опыт. В аквариум он налил воды, добавил каплю молока и перемешал воду, чтобы она стала мутной. Затем при помощи шланга, опущенного в нижнюю часть аквариума, добавил раствор соли. Плотность раствора больше плотности воды, поэтому раствор соли заполнил нижнюю часть аквариума. При этом жидкости частично перемешались друг с другом, и в аквариуме образовалась неоднородная среда.

Когда учитель направил на аквариум лучи от лазеров, учащиеся могли наблюдать ход световых лучей.

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что в неоднородной среде закон прямолинейного распространения света не

выполняется (в неоднородной среде свет распространяется криволинейно).

Исследуя электрическое сопротивление металлической проволоки, учитель в электрическую цепь последовательно к лампе накаливания подключал одинаковые по размеру спирали, сделанные из разных материалов (см. рис.). При подключении железной спирали можно было наблюдать некоторое ослабление свечения лампы накаливания. При подключении нихромовой спирали свечение лампы накаливания ослабевало в значительно бо́льшей степени.

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что сила тока в цепи зависит от сопротивления проводника, включенного в цепь.

Учитель на уроке провёл следующий опыт. В аквариум он налил воды, добавил каплю молока и перемешал воду, чтобы она стала мутной и рассеивала свет лазерного луча. Когда он направил на аквариум лучи от лазеров, учащиеся могли наблюдать ход светового луча при переходе из воздуха в воду.

Какой вывод можно сделать на основании проведённого опыта?

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что свет преломляется на границе раздела прозрачных сред или для того, чтобы показать, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Учитель на уроке провёл серию опытов по преломлению светового луча на границе различных прозрачных сред: воздух–вода и воздух–стекло (см. рисунок).

Какой вывод можно сделать на основании проведённых опытов?

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что абсолютный показатель преломления у стекла больше, чем у воды (преломление зависит от оптических свойств среды).

Учитель на уроке проделал следующий опыт. Он поместил электрический звонок под стеклянный колокол, соединённый с воздушным насосом. Включив звонок, он начал откачивать воздух. По мере откачивания звук становился всё тише, хотя сквозь стекло было видно, что молоточек по-прежнему ударяет в чашку звонка.

Какой вывод можно сделать по результатам данного опыта?

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что звук не распространяется в вакууме (для распространения звуковой волны необходима упругая среда).

Изучая свойства световой волны, учитель на уроке провёл опыты с кристаллами турмалина (одноосными прозрачными кристаллами зелёной окраски, изготовленными в форме пластины, см. рис.). Он направил перпендикулярно поверхности пластины пучок света от электрической лампы, при этом свет частично ослаб по интенсивности и приобрёл зеленоватую окраску. Далее пучок света был направлен через второй точно такой же кристалл турмалина, параллельный первому. При одинаково направленных осях кристаллов световой пучок несколько более ослаблялся за счёт поглощения во втором кристалле. Но когда учитель начал вращать второй кристалл, оставляя первый неподвижным, то наблюдалось удивительное явление — гашение света. И когда оси кристаллов были перпендикулярны друг другу, свет через вторую пластину не проходил совсем.

Решение . Опыт был проведён с целью показать, что световая волна является поперечной волной (показать возможность поляризации световых волн).

Все вы в своей жизни наблюдали за тем, что тела, не имеющие опоры или подвеса, падают вниз. В чем причина такого падения? Конечно же в том, что на все тела у поверхности Земли действует сила тяжести.

Свободным падением тела называется движение тела только под действием силы тяжести.

Проведем мысленный эксперимент. Представьте, что одновременно начинают падение мяч, камень, лист дерева и перо птицы. В какой очередности упадут эти тела?

Первым упадут камень и мяч, затем перо и лист.

Почему? На перо и лист оказывает заметное влияние сила сопротивления воздуха, направленная против силы тяжести.

Падение тела не может считаться свободным, если сила сопротивления воздуха сравнима с силой тяжести.

Еще в конце XVI века знаменитый итальянский ученый Г. Галилей предположил, что все тела падают с одинаковым ускорением и опытным путем доказал, что это предположение верно.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Согласно биографии Галилео Галилея, написанной его учеником Винченцо Вивиани, в 1589 году Галилей провёл эксперимент, сбросив два шара различной массы (ядро и мушкетную пулю) со знаменитой падающей башни в Пизе, чтобы продемонстрировать, что время падения не зависит от массы шара. С помощью этого эксперимента Галилей якобы обнаружил, что тела упали практически одновременно, тем самым доказав, что в отсутствии сопротивления воздуха все тела падают на Землю равноускоренно и что в данной точке Земли ускорение всех тел при падении одно и то же.

Исаак Ньютон доказал справедливость выводов Галилео простым опытом.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

В стеклянную трубку он поместил дробинку, пробку и перышко. Если резко перевернуть расположенную вертикально трубку, то быстрее всего упадет дробинка, за ней кусочек пробки и потом плавно опустится перышко. Если же из трубки откачать воздух и опять резко перевернуть её,то все три тела опустятся на дно одновременно.

Какие выводы можно сделать из опыта Ньютона?

1. Тела падают с одинаковым ускорением.

2. Существует сила сопротивления воздуха

Ускорение, с которым тела падают на Землю, называется ускорением свободного падения.

Ускорение свободного падения – ускорение, сообщаемое телу, поднятому над Землей, силой тяжести.

Вектор ускорения свободного падения обозначается символом g.

Из закона всемирного тяготения:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Ускорение свободного падения:

1) Всегда направлено по вертикали вниз

2) Не зависит от массы падающего

3) Зависит от географической широты. Так как Земля не шар, а эллипсоид вращения, т.е. радиус Земли на полюсе меньше, чем радиус Земли на экваторе.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Поэтому сила тяжести и вызвемое ей ускорение больше на полюсе, чем на экваторе. g изменяется примерно от 9,83 м/с2 на полюсах до 9,78 м/с2 на экваторе. На широте Москвы g = 9,81523 м/с2. Обычно, если в расчетах не требуется высокая точность, то числовое значение g у поверхности Земли принимают равным 9,8 м/с2 или даже 10 м/с2.

4) Зависит от высоты над уровнем моря

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Рассмотрим несколько примеров движения тел под действием силы тяжести. При решении подобных задач очень важно правильно выполнить чертеж, на котором указать направление осей и всех векторных величин.

Простым примером свободного падения является падение тела с некоторой высоты h без начальной скорости.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Свободное падение является прямолинейным движением с постоянным ускорением a=g, значит, к нему применимы все формулы для равноускоренного движения.

Так как тело движется вертикально, то будем рассматривать его движение вдоль оси y, которую направим вертикально вверх.

Тогда проекция ускорения на ось y отрицательна gy=-g

Перемещение тела равно по модулю высоте, с которой тело падало s=h, а проекция перемещения на ось y отрицательна: sy=-h

Начальная скорость движения равна нулю 0=0

Проекция конечной скорости на ось y отрицательна у =-

Начальная координата тела y0=h

Теперь работаем с формулами.

Проекция скорости на ось y при равноускоренном движении находится по формуле

учитывая, что тело движется с ускорением свободного падения и gy=-g, а также то, что 0=0 и  у=- получаем

Упростив выражение, получим формулу для нахождения скорости свободно падающено тела в любой момент времени:

Проекция перемещения на ось y при равноускоренном движении находится по формуле

Упростив выражение, получим формулу для нахождения перемещения тела при свободном падении в любой момент времени:

Уравнение координаты при равноускоренном движении находится по формуле

учитывая, что тело движется с ускорением свободного падения и gy=-g, а также то, что 0=0 и  0= получаем

То есть, формула для нахождения координаты тела при свободном падении в любой момент времени:

2. Тело брошено вертикально вверх.

Как будет двигаться тело, брошенное вертикально вверх?

Если бросить тело вертикально вверх, то некоторое время оно будет двигаться вверх. Действующая на него сила тяжести направлена вниз и сообщает ему ускорение g, тоже направленное вниз. Поэтому скорость тела будет уменьшаться со временем и в некоторый момент она станет равной нулю, после чего тело начнет падать вниз с увеличивающейся скоростью.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Движение тела, брошенного вертикально вверх тоже является прямолинейным движением с постоянным ускорением a=g, значит, к нему применимы все формулы для равноускоренного движения.

Перемещение тела равно по модулю высоте, на которую тело поднимется s=h, а проекция перемещения на ось y полжительна: sy=h

Проекция начальной скорости движения на ось y положительна 0y=0

Конечная скорость в верхней точке равна нулю  =0

Начальная координата тела равна нулю y0=0, а конечная координата равна высоте, на которую тело поднимется y=h

учитывая, что тело движется с ускорением свободного падения и gy=-g, а также то, что 0y=0 и  у= получаем, что скорость тела, брошенного вертикально в любой момент времени:

Если учесть, что в верхней точке  =0, получим

Упростив выражение, получим формулу для нахождения начальной скорости тела, брошенного вертикально:

учитывая, что тело движется с ускорением свободного падения и gy=-g, а также то, что 0y=0 и  у= получим формулу для нахождения перемещения тела, брошенного вертикально, в любой момент времени:

учитывая, что тело движется с ускорением свободного падения и gy=-g, а также то, что 0y=0 ,  0=0 получаем формулу для нахождения координаты тела, брошенного вертикально, в любой момент времени:

3. Тело брошено горизонтально.

Как будет двигаться тело, брошенное горизонтально?

Если тело бросить горизонтально, оно будет двигаться криволинейно — по параболе, хотя на тело все время действует сила тяжести, направленная вертикально вниз.

Такое движение тела рассматривают как два движения: по горизонтали – вдоль оси х, и по вертикали –  вдоль оси y.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Ось y направим вертикально вверх. Проекция ускорения на ось y отрицательна gy=-g

Перемещение тела равно по модулю высоте, с которой тело бросили s=h, а проекция перемещения на ось y отрицательна: sy=-h

Начальные координаты тела х0=0 y0=h

Проекция начальной скорости на ось х равна 0х=0

Проекция начальной скорости на ось y равна 0y=

Перемещение тела вдоль оси х это дальность полета

По горизонтали, т.е. вдоль оси х тело движется равномерно (т.к. нет ускорения) с постоянной скоростью, равной проекции начальной скорости на ось х. Поэтому при рассмотрении движения вдоль оси х нужно пользоваться формулами, полученными для равномерного движения.

Уравнение перемещения (дальность полета):

Уравнение координаты: x= x0 + v0·t

По вертикали, т.е. вдоль оси y тело свободно падает с высоты h. Поэтому при рассмотрении движения вдоль оси y применимы формулы для свободного падения.

4. Тело брошено под углом к горизонту.

Как будет двигаться тело, брошенное под углом к горизонту?

Если тело бросить под углом к горизонту, оно будет двигаться криволинейно — по параболе, хотя на тело все время действует сила тяжести, направленная вертикально вниз.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Начальные координаты тела равны нулю х0=0 y0=0

Проекция начальной скорости на ось х равна 0х=0·

Проекция начальной скорости на ось y равна 0y=0·

h – максимальная высота, на которую тело поднимется. На этой высоте проекция скорости на ось y равна 0.

По горизонтали, т.е. вдоль оси х тело движется равномерно (т.к. нет ускорения) с постоянной скоростью, равной проекции начальной скорости на ось х. Поэтому при рассмотрении движения вдоль оси ОХ нужно пользоваться формулами, полученными для равномерного движения.

Уравнение координаты: x= x0 + v0·cosa·t

По вертикали, т.е. вдоль оси y тело движется сначало равнозамедленно, подобно телу, брошенному вертикально вверх со скоростью, равной проекции начальной скорости на ось y, а затем равноускоренно (свободно падая).

Проекция ускорения на ось y gy= -g , проекция начальной скорости на ось y начальная координата

Таким образом, применимы формулы, которые мы использовали ранее для равноускоренного движения по вертикали.

Уравнение перемещения (максимальная высота полета):

Время полета в 2 раза больше времени подъема тела на максимальную высоту

t= 2·tmax = 2·v0·sina/g

Скорость тела находится по теореме Пифагора:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

l = x max= v02·sin2

Дальность полета максимальна, когда максимален 2.Максимальное значение синуса равно единице при угле 2900, откуда a = 450Для углов, дополняющих друг друга до 900 дальность полета одинакова.

Расширения для Joomla

Согласно теории Ньютона, между всеми телами во вселенной действуют силы взаимного притяжения. Изучая законы движения планет, Исаак Ньютов в 1682 году открыл Закон всемирного тяготения, который описывает это взаимодействие.

Закон всемирного тяготения. Все тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратнопропорционален квадрату расстояния между ними.

– закон всемирного тяготения.

G – постоянная всемирного тяготения или гравитационная постоянная.

G = 6,67 · 10 -11 Н·м2/кг2

Силы тяготения всегда является силами притяжения. Действуют силы тяготения всегда попарно (по третьему закону Ньютона), векторы сил тяготения приложены к центрам масс тел и направлены вдоль одной прямой навстречу друг другу.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

На основе закона всемирного тяготения и законов динамики объясняются многие явления: движение планет в Солнечной системе, движение искусственных спутников Земли, движение тел вблизи поверхности Земли .

Мы живем на планете Земля и наблюдаем проявление силы всемирного тяготения в притяжении всех тел к Земле.

Силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности называют сила тяжести.

Обозначим массу Земли  массу тела  радиус Земли, тогда сила тяготения

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Он же и есть сила тяжести.

m – масса тела

g – ускорение свободного падения.

Сила тяжести это гравитационная сила, приложенная к центру тела и направленная к центру Земли.

В отсутствие других сил тело свободно падает на Землю с ускорением свободного падения. Среднее значение ускорения свободного падения для различных точек поверхности Земли равно 9,81 м/с2.

Значит g не зависит от массы тела.

На высоте h ускорение свободного падения равно

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния r до центра Земли.

Силу тяжести с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. В отличие от силы тяжести, являющейся гравитационной силой,  приложенной к телу, вес – это упругая сила, приложенная к опоре или подвесу (т.е. к связи).

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Вес тела – это сила, с которой тело в результате притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Если тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальной опоре, то на тело действуют две силы: сила тяжести Fт=mg, направленная вертикально вниз, и сила упругости Fупр=N, с которой опора действует на тело. Силу N называют силой реакции опоры (силой нормального давления). По третьему закону Ньютона, тело должно действовать на опору с некоторой силой, равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону. По определению, эта сила и есть вес тела: P=-N.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Если тело неподвижно относительно опоры или подвеса, то P=Fт=mg, то есть вес тела равен силе тяжести. Но эти силы приложены к разным телам!

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Вес тела можно определить при помощи динамометра. Если тело неподвижно висит на пружине, то роль силы реакции опоры (подвеса) играет упругая силы пружины. По растяжению пружины можно определить вес тела.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Вес тела в различных условиях движения.

1. опора покоится или движется равномерно

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

N = mg – сила реакции опоры равна силе тяжести.

значит  P = mg

Вес тела равен действующей на тело силе тяжести.

2. опора движется с ускорением a вверх.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

N – mg = ma  – второй закон Ньютона

N = mg + ma

P = N = m(g + a)

Вес тела, движущегося с ускорением направленным вверх больше силы тяжести.

Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называется перегрузкой.

Небольшие перегрузки испытывают пассажиры самолета при взлете. Большие перегрузки испытывают летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, особенно на сверхзвуковых самолетах; космонавты при взлете космической ракеты.

3. опора движется с ускорением а вниз.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

mg – N = ma  – второй закон Ньютона

N = mg – ma

P = N = m(g – a)

P < mg

Вес тела, движущегося с ускорением вниз уменьшается.

Падение тел в вакууме без начальной скорости называется свободным падением. При свободном падении a=g  из  формулы P=m(g – g)  следует, что P = 0, т.е. вес тела отсутствует. Говорят, что тело находится в состоянии невесомости.

Невесомость – состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести.

Состояние невесомости возникает, например, в кабине космического корабля при его движении по орбите с выключенными реактивными двигателями.

В данной теме разговор пойдёт о свободном падении тел, также
поговорим об ускорении свободного падения и рассмотрим виды движений тел под
действием силы тяжести.

Ранее говорилось о прямолинейном равноускоренном движении
тел. Прямолинейное равноускоренное движение – это такое движение тела,
при котором его скорость за любые равные промежутки времени изменяется
одинаково, то есть это движение с постоянным по модулю и направлению
ускорением. Ускорение — это векторная физическая величина, равная
отношению изменения скорости к промежутку времени, в течении которого это
изменение произошло.

Одно из наиболее распространенных видов движения с
постоянным ускорением — это свободное падение тел.

Под свободным падением тела понимают движение тела
только под действием силы тяжести.

Долгое время считалось, что ускорение, с которым падает тело,
зависит от размеров и массы этого тела. Действительно, можно с уверенностью
сказать, что листок с дерева или птичье перо падают значительно медленнее, чем
камень или мяч, например.

Аристотель в свое время говорил, что «точно так же,
как направленное вниз движение куска свинца или золота, или любого другого
тела, наделенного весом, происходит тем быстрее, чем больше его размер». А
«одно тело будет тяжелее другого, имеющего тот же объем, если оно движется
вниз быстрее».

Вывод о том, что все тела, независимо от их масс, форм и
размеров, совершают свободное падение совершенно одинаково, на первый
взгляд может показаться противоречащим повседневному опыту.

Люди привыкли к тому, что тяжелые тела достигают земли
быстрее, чем легкие, падающие с той же высоты. На самом деле никакого
противоречия здесь нет. Известно, что дело здесь в том, что существует сила
сопротивления воздуха, которая и препятствует свободному падению. В
большинстве случаев эта сила незначительна, и ею можно пренебречь, за
исключением тех случаев, когда сила сопротивления воздуха становится сравнимой
с силой тяжести. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать примеры, в которых
силой сопротивления воздуха можно пренебречь.

Впервые предположение о том, что все тела падают с одинаковым
ускорением, высказал Галилео Галилей. Опытным путем он доказал, что это
предположение верно. Галилей провел один из самых знаменитых физических
экспериментов: он сбросил с Пизанской башни ядро и мушкетную пулю на глазах у
многих людей. Вопреки ожиданиям, и ядро, и пуля упали одновременно.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Исаак Ньютон провел иной опыт, чтобы ещё раз доказать
справедливость предположения Галилея. Он поместил в стеклянную трубку дробинки,
кусочки пробки и пушинку. Перевернув трубку, он наблюдал, как сначала упали
дробинки, потом кусочки пробки и только потом пушинка. Затем он откачал из
трубки воздух и повторил эксперимент. Как и ожидалось, все тела упали
одновременно. Это свидетельствует о том, что ускорение свободного падения
постоянно для любого тела, а различные скорости падения могут быть
обусловлены сопротивлением воздуха.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Таким образом, в данном месте Земли все тела, независимо от их
массы и других физических характеристик, совершают свободное падение с
одинаковым ускорением — ускорением свободного падения. Обозначается оно
малой латинской буквой g. Его значение вблизи
поверхности Земли не постоянно и варьируется от 9,78 м/с2 на
экваторе до 9,83 м/с2 – на полюсах.

Стандартное значение ускорения свободного падения было
определено как «среднее» в каком-то смысле на всей Земле, оно примерно равно
ускорению свободного падения на широте 45,5º на уровне моря. В
приблизительных расчётах его обычно принимают равным

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Однако следует помнить о том, что данным значением ускорения
свободного падения можно пользоваться только для вычислений, когда тело
движется вблизи поверхности Земли. Все дело в том, что в соответствии с законом
всемирного тяготения, ускорение свободного падения зависит и от массы
планеты, и от ее радиуса, и от высоты над поверхностью планеты.

Ускорение свободного падения в данной точке земного
шара всегда направлено вертикально вниз к центру Земли.

Рассмотрим свободное падение тел по прямолинейной и
криволинейной траекториям. Сразу обратим внимание на то, что во всех случаях,
которые будут рассматриваться, движение тела будет описываться двумя основными
уравнениями равноускоренного движения — уравнением скорости и кинематическим
уравнением равноускоренного движения.

Рассмотрим тело, которое свободно падает без начальной
скорости с некоторой высоты h над поверхностью
Земли.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

В этом случае все время полета можно определить из
кинематического уравнения для равноускоренного движения.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Если данное значение промежутка времени подставить в
уравнение скорости для равноускоренного движения, то можно легко получить
формулу для расчета скорости в последний момент движения.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Следующим вспомним движение тела, брошенного вертикально
вверх с некоторой начальной скоростью.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При таком движении время всего полета определяется формулой:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

А время подъема тела на максимальную высоту в два раза меньше
всего времени движения.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Максимальную высоту подъема не трудно определить из уравнения
перемещения для равноускоренного движения, зная время подъема тела и то, что в
верхней точке траектории скорость тела обращается в ноль.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Что касается скорости тела в последний момент движения, то
оказывается, что с какой скоростью тело брошено вертикально вверх, с такой же
по модулю скоростью оно вернется обратно.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Рассмотрим падения тел по криволинейной траектории. Такое
движение возникает в том случае, если вектор начальной скорости тела направлен
не вертикально вверх.

Начнем с рассмотрения движения тела, брошенного в
горизонтальном направлении с некоторой высоты и начальной скоростью.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При рассмотрении такого движения используется две
координатные оси, так как движение происходит в двух плоскостях.

Главное помнить о том, что в горизонтальном направлении
тело движется равномерно, а вот движение в вертикальной плоскости
— равноускоренное, то есть в вертикальной плоскости тело движется также,
как и при свободном падении без начальной скорости.

Зная высоту, с которой брошено тело, можно определить время
всего движения

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Как видно, время падения не зависит от начальной скорости
тела и это время равно времени свободного падения тела с некоторой высоты без
начальной скорости. За это время тело в горизонтальном направлении пройдет
некоторое расстояние, которое называют дальностью полета, при этом чем
больше начальная скорость, тем большая дальность полета тела.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Мгновенную скорость тела в любой момент времени можно
рассчитать по формуле:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Рассмотрим последний вид движения под действием силы тяжести
— движение тела, брошенного под углом к горизонту. Для этого решим следующую
задачу.

Задача. Камень бросили под углом α
к горизонту с начальной скоростью υ0.
Определите: скорость и координаты камня через время t после бросания, время полета, максимальную высоту, на
которую поднимется тело, дальность полета и скорость тела в момент падения на
Землю. Сопротивлением воздуха пренебречь.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Таким образом, для движения тела, брошенного
под углом к горизонту

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Было рассмотрено свободное падение тел. Ускорение, с которым
движется тело во время свободного падения, называют ускорением свободного падения.
Были рассмотрены виды наиболее часто встречающихся движений тел под действием
силы тяжести — это свободное падение тел по прямолинейной и криволинейной
траектории.

Каждый из нас не раз
наблюдал свободно падающие тела. И, наверное, все замечали, что скорость
падающих тел увеличивается, то есть они двигаются с ускорением.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Свободным падением тела
называется движение тела только под действием силы тяжести.

Долгое время считалось,
что ускорение, с которым падает тело, зависит от размеров и массы этого тела.
Действительно, мы с уверенностью можем сказать, что листок с дерева или птичье
перо падают значительно медленнее, чем камень или мяч, например.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Дело в том, что
существует сила сопротивления воздуха, которая препятствует свободному
падению. Эта сила, как правило, незначительная, и ею можно пренебречь, за
исключением тех случаев, когда тело обладает аэродинамическими свойствами. О
том, что это за свойства, вы узнаете позже. Суть в том, что когда сила
сопротивления воздуха становится сравнимой с силой тяжести, падение тела нельзя
считать свободным. Поэтому мы будем рассматривать примеры, в которых силой
сопротивления воздуха можно пренебречь.

Впервые предположение о
том, что все тела падают с одинаковым ускорением, высказал Галилео Галилей.
Опытным путем он доказал, что это предположение верно. Галилей провел один из
самых знаменитых физических экспериментов: он сбросил с Пизанской башни ядро и
мушкетную пулю на глазах у многих людей. Вопреки ожиданиям, и ядро, и пуля
упали одновременно.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Известный вам ученый
Исаак Ньютон провел иной опыт, чтобы ещё раз доказать справедливость
предположения Галилея. Он поместил в стеклянную трубку дробинки, кусочки пробки
и пушинки. Сначала упали дробинки, потом кусочки пробки и только потом –
пушинки. Но как только из трубки выкачали воздух, все тела упали одновременно.
Это свидетельствует о том, что ускорение свободного падения постоянно для
любого тела, а различные скорости падения могут быть обусловлены сопротивлением
воздуха.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Ускорение свободного
падения обозначается латинской буквой g.
Его значение, установлено экспериментально: g
= 9,8 м/c2.

Eскорение
свободного падения может чуть-чуть меняться в зависимости от широты, поскольку Земля
— не совсем идеальный шар. Однако, эти изменения незначительны: на экваторе
ускорение свободного падения равно 9,78 м/с2, а на полюсе – 9,83 м/с2.
Поэтому, в приблизительных расчетах можно смело использовать 9,8 м/с2.

Ускорение свободного
падения направлено вертикально вниз. Поэтому, если начальная скорость тела
равна нулю, то движение этого тела будет прямолинейным при свободном падении.
Если же тело обладает начальной скоростью, направление которой не вертикально,
то тело будет двигаться криволинейно. Направление скорости будет меняться, в то
время как направление ускорения будет оставаться постоянным.

Примеры решения задач.

Задача 1. Камень
бросают с обрыва под углом 30° к горизонту. Модуль начальной скорости равен 6
м/с, а высота обрыва — 80 м. Найдите горизонтальное расстояние, которое
пролетит камень, прежде чем упадёт.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Задача 2. Птица
летит на высоте 5 м с постоянной горизонтальной скоростью, модуль которой равен
10 м/с. Кот, сидящий на холмике высотой 4 м, собирается прыгнуть на птицу через
2 с. Известно, что начальное горизонтальное расстояние между котом и птицей
составляет 30 м. Сможет ли кот поймать птицу, если он оттолкнётся от холма с
начальной скоростью 6 м/с, направленной вертикально вверх?

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Частным случаем равноускоренного движения является свободное
падение тел. Жизненный опыт нам подсказывает, что любое тело, если его ничего не
поддерживает, падает на поверхность Земли, постоянно увеличивая свою скорость.
При этом мы видим, что лёгкие предметы падают гораздо медленнее, чем тяжёлые.
Так и хочется сказать, что время падения зависит от массы тела — чем она
больше, тем быстрее падает тело.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Такие мысли посещали не одно поколение учёных, в том числе и
древнегреческого учёного Аристотеля, который первым указал на эту зависимость
падения тел. При этом взгляды Аристотеля казались настолько очевидными, что в
течение почти 18 веков никто не подвергал их сомнению.

Лишь в конце XVI века Галилео Галилей усомнился в этом. Согласно легенде, в
1589 году на глазах многочисленной публики он одновременно сбросил с вершины
Пизанской башни два пушечных ядра различной массы. Каково же было удивление
зевак, когда два ядра полетели вместе и вместе достигли земли.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

«Глухой удар падающих ядер о землю прозвучал как похоронный
звон над старой системой физики и возвестил о зарождении новой», — позже
написал британский учёный Оливер Лодж.

Различную скорость падения других тел Галилей объяснял
наличием сопротивления воздуха. Тогда предположив, что произошло бы в случае
свободного падения тел в вакууме, великий итальянец вывел следующие законы
падения тел для идеального случая:

Все тела при падении движутся одинаково: начав падать
одновременно, они движутся с одинаковой скоростью.

Движение происходит с постоянным ускорением.

Для доказательства правоты Галилея Исаак Ньютон провёл очень
простой и убедительный опыт. Он взял стеклянную трубку, в которую поместил
дробинку, кусочек пробки, пушинку и так далее. Затем он перевернул трубку и
наблюдал, как сначала упала дробинка, затем пробка и только потом — пушинка. Но
вот когда он откачал из трубки почти весь воздух и повторил эксперимент, то
увидел, как все три предмета упали на дно трубки одновременно.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Одновременное падение тел в разреженном воздухе доказывает,
что все тела падают с одинаковым ускорением. Падение тел под действием
только гравитационного поля Земли называется свободным падением. Поскольку
сила тяжести, действующая на тело вблизи поверхности Земли в данной её точке,
постоянна, то свободно падающее тело движется с постоянным ускорением,
называемым ускорением свободного падения. Причём для всех тел в одном и
том же месте оно одинаково и направлено по вертикали вниз.

Обратим внимание на то, что свободное падение — это не
обязательно только движение вниз. Так, если мы подбросим камень, то он при
своём свободном падении некоторое время будет двигаться вверх, уменьшая свою
скорость до нуля, и лишь потом начнёт падать.

При изучении свободного падения тел мы будем рассматривать
только такие движения, в которых сопротивлением воздуха можно пренебречь. Тогда
эти движения будут описываться уже известными нам кинематическими уравнениями:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Теперь давайте изучим движение тела, начальная скорость
которого направлена под некоторым углом к горизонту (или под углом к ускорению
свободного падения). С таким видом движения приходится встречаться довольно
часто. Например, так движется теннисный мячик после удара по нему ракеткой.
Полет пуль и снарядов также представляет собой пример движения тел, брошенных
под углом к горизонту.

Итак, найдём траекторию тела, брошенного под углом к
горизонту с некоторой начальной скоростью.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Для описания движения выберем две взаимно перпендикулярные
оси координат таким образом, чтобы векторы начальной скорости и ускорения
свободного падения лежали в одной плоскости. Начала отсчёта совместим с
начальным положением тела.

Теперь запишем кинематические уравнения равноускоренного
движения (а движение у нас действительно равноускоренное, потому что модуль и
направление ускорения с течением времени не изменяются):

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Так как начало координат совмещено с точкой бросания, то
начальные координаты тела равны нулю:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

В выбранной системе координат проекция вектора ускорения на
ось Х равна нулю, а на ось Y — –g.

Из полученного рисунка видно, что проекцию вектора начальной
скорости можно выразить через её модуль и косинус или синус угла, который этот
вектор образует с положительным направлением оси:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Перепишем кинематические уравнения движения с учётом
начальных условий:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Из этих формул следует, что в горизонтальном направлении
тело, брошенное под углом к горизонту, движется равномерно, а в вертикальном — равноускоренно.

В этом легко убедиться. Так, если посмотреть на такое
движение тела сверху, то мы увидим, как оно движется вдоль прямой с постоянной
скоростью. А если посмотреть на это движение сбоку, то мы сначала увидим, как
шарик замедленно поднимается вверх, а потом ускоренно падает вниз.

Для построения траектории движения найдём её уравнение (то
есть найдём зависимость у = у(х). Чтобы получить это
уравнение нам с вами необходимо исключить время из уравнений движения. Для
этого выразим из уравнения движения тела вдоль оси Х время:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

И подставим его во второе уравнение:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Обратите внимание на то, что

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

После замены мы приходим к простой квадратичной функции,
известной нам ещё из курса алгебры. Напомним, что её графиком является
парабола. Причём ветви параболы будут направлены вниз, так как значение коэффициента
b меньше нуля.

Таким образом мы с вами показали, что тело, брошенное под
углом к горизонту, действительно движется по параболе (конечно при условии, что
ускорение свободного падения постоянно).

Теперь давайте определим время полёта. Для этого воспользуемся
уравнением движения тела вдоль оси OY. При этом учтём, что в момент падения тела на землю его
координата становится равной нулю:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Решая простое квадратное уравнение, найдём формулу, по
которой можно рассчитать время полёта тела:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Второй корень уравнения, равный нулю, соответствует моменту
броска.

Теперь легко определить дальность полёта. Для этого
подставляем найденное значение времени в уравнение движения тела вдоль оси Икс:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Полученное выражение можно упростить, если вспомнить о том,
что удвоенное произведение синуса на косинус — это синус двойного угла:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Также мы можем найти максимальную высоту подъёма и время
подъёма тела на эту высоту. Для этого воспользуемся уравнением скорости для
равноускоренного движения в проекциях на ось Y:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Теперь учтём, что в верхней точке траектории проекция
скорости на ось игрек равна нулю:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Решая простое линейное уравнение, найдём время подъёма тела
на максимальную высоту:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Нетрудно заметить, что это время в два раза меньше
времени всего полёта. Таким образом, получается, что сколько времени тело
поднимается на максимальную высоту, столько же времени оно и опускается с неё.

Подставив полученное выражение для времени в уравнение
движения вдоль оси игрек, найдём максимальную высоту подъёма тела:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Теперь давайте рассмотрим движение тела, брошенного
горизонтально с некоторой высоты, и выясним, какой будет траектория этого тела.
Для этого опять воспользуемся уравнениями движения, записанными в координатной
форме:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Для описания движения тела выберем две взаимно
перпендикулярные о́си координат таким образом,
чтобы векторы начальной скорости и ускорения свободного падения лежали в одной
плоскости. При этом пусть положительное направление оси Y совпадает с направлением вектора
ускорения свободного падения. Начало отсчёта совместим с начальным положением
тела.

При таком выборе системы координат,
начальные координаты тела равны нулю. Также равны нулю проекция начальной
скорости на ось Y
и проекция ускорения на ось X.
Тогда:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Перепишем уравнения движения с учётом начальных условий:

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Их анализ показывает, что в горизонтальном направлении тело
движется равномерно, а в вертикальном — равноускоренно
с ускорением свободного падения.

Когда скорость тела направлена горизонтально, оно движется по
ветви параболы, вершина которой находится в точке бросания.

Предлагаем вам самостоятельно определить время и максимальную
дальность полёта тела.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Таким образом, на основании рассмотренных нами примеров можно
сделать вывод о том, что любое сложное движение можно представить, как сумму
движений по двум независимым координатам. В этом состоит суть закона
независимости движений.

Свобо́дное падéние — равноускоренное движение под действием силы тяжести, когда другие силы, действующие на тело, отсутствуют или пренебрежимо малы. На поверхности Земли (на уровне моря) ускорение свободного падения меняется от на полюсах, до на экваторе.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Свободное падение яблока.

В частности, парашютист в течение нескольких первых секунд прыжка находится практически в свободном падении.

Свободное падение возможно на поверхность любого тела, обладающего достаточной массой (планеты и их спутники, звёзды, и т. п.).

Изредка «свободное падение» трактуется шире официального определения, а именно допускается движение тела на значительном удалении от планеты. Тогда в определение вписываются, скажем, вращение Луны вокруг Земли или падение тел из космоса. Объект, свободно падающий из бесконечности на планету, достигает её поверхности или верхних слоёв атмосферы со скоростью не ниже второй космической, а траектория представляет собой кусок гиперболы, параболы или прямой; ускорение непостоянно, так как изменения гравитационной силы в пределах изучаемой области существенны.

Свободное падение. Вектор силы тяжести направлен вертикально вниз.

При демонстрации явления свободного падения откачивают воздух из длинной трубки, в которую помещают несколько предметов разной массы. Если перевернуть трубку, то тела, независимо от их массы, упадут на дно трубки одновременно.

Если же эти предметы поместить в какую-либо среду, то к действию силы тяжести добавится сила сопротивления, и тогда времена падения данных предметов уже не обязательно будут совпадать, а будут в каждом случае зависеть от формы тела и его плотности.

где  — ускорение свободного падения, а точками над величиной обозначается её дифференцирование по времени.

В частном случае, когда начальная скорость равна нулю (то есть тело начинает падение, не испытав толчка вверх или вниз), из этих формул видно, что текущая скорость тела пропорциональна времени, прошедшему с момента начала свободного падения, а пройденный телом путь — квадрату времени.

Подчеркнём, что результаты не зависят от значения массы .

Рекорды свободного падения

В бытовом смысле под свободным падением нередко подразумевают движение в атмосфере Земли, когда на тело не действуют никакие сдерживающие или ускоряющие факторы, кроме силы тяжести и сопротивления воздуха.

16 августа 1960 г. Джозеф Киттингер совершил рекордный прыжок с высоты с использованием тормозного парашюта.

В 2005 году Луиджи Кани установил мировой рекорд скорости (прыжок в тропосфере), достигнутой в свободном падении — .

Запрос «сила притяжения» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

При изучении падения тела под действием силы земного тяготения учитель проделал опыт трубка ньютона

Cила тяжести складывается из гравитационного притяжения планеты

и центробежной силы инерции

В большинстве практических случаев анализируется сила тяжести вблизи Земли. Для неё величина центробежной силы составляет доли процента от величины гравитационной и иногда игнорируется.

В нерусскоязычной литературе термин «сила тяжести» не вводится — вместо этого говорят о фундаментальном гравитационном взаимодействии, при необходимости делая уточнение о центробежной добавке.

Личности, внёсшие исторический вклад в развитие представлений о силе тяжести:

Сила тяжести в различных ситуациях

В соответствии с законом всемирного тяготения, модуль силы гравитационного притяжения  , действующей на материальную точку на поверхности астрономического объекта со сферически симметричным распределением массы по объёму, определяется соотношением

где   — гравитационная постоянная, равная 6,67384(80)·10−11 м3·с−2·кг−1,   — радиус астрономического тела,   — его масса,   — масса материальной точки. Сила гравитационного притяжения направлена к центру тела.

Модуль центробежной силы инерции  , действующей на материальную точку, задаётся формулой

где   — расстояние между частицей и осью вращения рассматриваемого астрономического объекта,   — угловая скорость его вращения. Центробежная сила инерции перпендикулярна оси и направлена от неё.

Сила тяжести вычисляется по теореме косинусов:

Здесь   — «широта» места на планете или звезде, для которого производится расчёт.

Планеты Солнечной системы в шаровом приближении

Форма Земли (геоид) отличается от строго шарообразной и близка к сплюснутому эллипсоиду.

Соответственно, в более точном, чем шаровое, приближении, сила гравитационного притяжения, действующая на материальную точку массой  , определяется выражением

где   — элемент массы Земли (  — плотность),   и   — радиус-векторы точки измерения и элемента массы Земли соответственно. Интегрирование выполняется по всему объёму Земли.

В векторной форме выражение для центробежной силы инерции можно записать в виде

где   — вектор, перпендикулярный оси вращения и проведённый от неё к точке измерения.

Сила тяжести является суммой   и  :

Он изменяется в пределах от нуля (на экваторе, где   и на полюсах, где  ) до   рад или   (на широте  ).

Статика и динамика тела в поле тяжести Земли

Потенциальная энергия поднятого над Землёй тела может быть найдена как взятая с обратным знаком работа силы тяжести при перемещении тела с поверхности Земли в данное положение. Если пренебречь центробежной силой и считать Землю шаром, эта энергия равна:

где   — гравитационная постоянная,   — масса Земли,   — масса тела,   — радиус Земли,   — расстояние от тела до центра Земли.

Движение тел под действием силы тяжести Земли

В случае, когда модуль перемещения тела много меньше расстояния до центра Земли, можно считать силу тяжести постоянной, а движение тела равноускоренным. Если начальная скорость тела отлична от нуля и её вектор направлен не по вертикали, то под действием силы тяжести тело движется по параболической траектории.

При бросании тела с некоторой высоты параллельно поверхности Земли дальность полёта увеличивается с ростом начальной скорости. При больших значениях начальной скорости для вычисления траектории тела необходимо учитывать шарообразную форму Земли и изменение направления силы тяжести в разных точках траектории.

Глобальная роль силы тяжести в природе

Сила тяжести играет огромную роль в процессах эволюции звёзд. Для звёзд, находящихся на этапе главной последовательности своей эволюции, сила тяжести является одним из важных факторов, обеспечивающих условия, необходимые для термоядерного синтеза. На заключительных этапах эволюции звёзд, в процессе их коллапса, благодаря силе тяжести, не скомпенсированной силами внутреннего давления, звёзды превращаются в нейтронные звёзды или чёрные дыры.

В создании условий для жизни на Земле

Силу тяжести измеряют динамическими и статическими методами. Динамические методы используют наблюдение за движением тела под действием силы тяжести и измеряют время перехода тела из одного заранее определённого положения в другое. Они используют: колебания маятника, свободное падение тела, колебания струны с грузом. Статические методы используют наблюдение за изменением положения равновесия тела под действием силы тяжести и некоторой уравновешивающей её силы и измеряют линейное или угловое смещение тела.

Измерения силы тяжести бывают абсолютными и относительными. Абсолютные измерения определяют полное значение силы тяжести в заданной точке. Относительные измерения определяют разность силы тяжести в заданной точке и некоторого другого, заранее известного значения. Приборы, предназначенные для относительных измерений силы тяжести, называются гравиметрами.

Динамические методы определения силы тяжести могут быть как относительными, так и абсолютными, статические — только относительными.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *