Сила тяжести. Вес. Закон Галилея

§ 23. Сила тяжести и вес. Невесомость

Сила тяжести. Вес. Закон Галилея

Налюбое тело, расположенное вблизи Земли,действует сила тяготения F,подвлиянием которой, согласно второмузакону Ньютона, тело начнет двигатьсяс ускорением свободного падения g.Такимобразом, в системе отсчета, связаннойс Землей, на всякое тело массой mдействуетсила

P= mg,

называемаясилойтяжести.

Согласнофундаментальному физическому закону— обобщенномузакону Галилея, всетела в одном и том же поле тяготенияпадают с одинаковым ускорением.Следовательно, в данном месте Землиускорение свободного падения одинаководля всех тел. Оно изменяется вблизиповерхности Земли с широтой в пределахот

9,780м/с2на экваторе до 9,832 м/с2на полюсах. Это обусловлено суточнымвращением Земли вокруг своей оси, содной стороны, и сплюснутостью Земли —с другой (экваториальный и полярныйрадиусы Земли равны соответственно6378 и 6357 км). Так как различие значений gневелико,ускорение свободного падения, котороеиспользуется при решении практическихзадач, принимается равным 9,81 м/с2.

Если пренебречьсуточным вращением Земли вокруг своейоси, то сила тяжести и сила гравитационноготяготения равны между собой:

P= mg=F=GmM/R2,

где MмассаЗемли; Rрасстояниемежду телом и центром Земли. Эта формуладана для случая, когда тело находилосьна поверхности Земли.

Пустьтело расположено на высоте hот поверхности Земли, r0радиусЗемли, тогда

P=GmM/(R0+ h)2,

т. е. сила тяжестис удалением от поверхности Землиуменьшается.

Вфизике применяется также понятие весатела. Весомтеланазывают силу, с которой тело вследствиетяготения к Земле действует на опору(или подвес), удерживающую тело отсвободного падения.

Вес тела проявляетсятолько в том случае, если тело движетсяс ускорением, отличным от g,т.е. когда на тело кроме силы тяжестидействуют другие силы.

Состояние тела,при котором оно движется только поддействием силы тяжести, называетсясостоянием невесомости.

Такимобразом, силатяжести действует всегда, авеспоявляетсятольковтом случае, когданатело кромесилы тяжести действуют еще другие силы,вследствиечего тело движется с ускорением а,отличным от g.Еслитело движется в поле тяготения Земли сускорением ag,ток этому телу приложена дополнительнаясила N,удовлетворяющаяусловию

N+ P= ma.

44

Тогда вес тела

Р'=-N=P-ma=mg-ma= m(ga),

т. е.если тело покоится или движетсяпрямолинейно и равномерно, то а=0и P'= mg.Еслитело свободнодвижется в поле тяготения полюбой траектории и в любом направлении,то а=gиР'= 0, т. е. тело будет невесомым. Например,невесомыми являются тела, находящиесяв космических кораблях, свободнодвижущихся в космосе.

§ 24. Поле тяготения и его напряженность

Закон тяготенияНьютона определяет зависимость силытяготения от масс взаимодействующихтел и расстояния между ними, но непоказывает, как осуществляется этовзаимодействие. Тяготение принадлежитк особой группе взаимодействий. Силытяготения, например, не зависят от того,в какой среде взаимодействующие теланаходятся. Тяготение существует и ввакууме.

Гравитационноевзаимодействие между телами осуществляетсяс помощью полятяготения, илигравитационногополя. Этополе порождается телами и являетсяформой существования материи. Основноесвойство поля тяготения заключается втом, что на всякое тело массой т, внесенноев это поле, действует сила тяготения,т. е.

F= mg.(24.1)

Векторgнезависит от mиназывается напряженностью поля тяготения.Напряженностьполя тяготения определяетсясилой, действующей со стороны поля наматериальную точку единичной массы, исовпадает по направлению с действующейсилой. Напряженность есть силоваяхарактеристика полятяготения.

Полетяготения называется однородным,еслиего напряженность во всех точкаходинакова, и центральным,есливо всех точках поля векторы напряженностинаправлены вдоль прямых, которыепересекаются в одной точке (А),неподвижнойпо отношению к какой-либо инерциальнойсистеме отсчета (рис.38).

Дляграфического изображения силового поляиспользуются силовыелинии (линии напряженности). Силовыелинии выбираются так, что векторнапряженности поля действует покасательной к силовой линии.

Источник: https://studfile.net/preview/5570856/page:2/

Сила тяжести и Галлилео Галлилей

Сила тяжести. Вес. Закон Галилея

29 Июнь 2014

Сила тяжестиСтаринные напольные часы с маятником и гирями и водяная мельница – что, казалось бы, между ними общего? А то, что их приводит в движение тот же источник энергии – сила тяжести, физическая сущность, с которой человек начал свое познание мира.

Понятия «тяжелее» и «легче» были, по-видимому, одними из первых в его мышлении. Долгое время бытовали представления, что тяжёлые предметы падают на землю быстрее, чем легкие, то есть сила тяжести действует на камень сильнее, чем на клок шерсти. Аристотель (384-322 до н.э.

), разрабатывая свою теорию движения, согласно которой «брошенное тело непрерывно подталкивается воздухом, стремящимся занять место, освобождаемое в своем движении брошенным телом», делает вывод, что каждое тело падает со скоростью, пропорциональной его весу.

Эксперименты Галилео Галилея

И только целенаправленные эксперименты Галилео Галилея заставили бесповоротно уяснить: количественная мера силы тяжести на Земле – величина постоянная, одинаковая для тел любой массы. Называется она ускорением свободного падения и равняется 9,8 см/сек в квадрате.

Но, по-видимому, средневековые артиллеристы были первыми, кто подметил, что траекторию ядра, выпущенного из осадного орудия, можно разложить на две составляющие, из которых одна – горизонтальная – изменяется в зависимости от веса ядра, величины порохового заряда, угла подъема ствола пушки, а другая – вертикальная – остается неизменной. В любой точке траектории летящее ядро опускается с постоянным ускорением, за равные интервалы времени преодолевая одинаковые, определенным образом увеличивающиеся расстояния.

Эксперимент на Пизанской башне

Франческо Сагредо (1571-1620) писал: «Не замечательно ли, что в то самое малое время, которое требуется для вертикального падения на землю с высоты каких-нибудь ста локтей, ядро, силою пороха выброшенное из пушки, пройдет четыреста, тысячу, четыре тысячи, десять тысяч локтей – так что при всех горизонтально направленных выстрелах останется в воздухе одинаковое время». Еще определеннее было мнение Галилея, что ядро, выпущенное из руки в момент выстрела, достигнет земли одновременно с ядром, вылетевшим из пушки. Уже здесь заключен принцип, которого он придерживался затем в экспериментах по изучению действия силы тяжести – сопоставление движения двух тел. Оно обеспечивало наибольшую наглядность и доказательность результатов, когда отсчитывать время достаточно точно было нельзя. Из них наиболее известны его наблюдения за падением двух тел разного веса – стофунтовой бомбы и полуфунтового шара – которые одновременно сбрасывали с Пизанской башни. Эксперимент (он был весьма торжественно обставлен, пригласили последователей учения Аристотеля) позволил установить, что бомба хоть и обгоняет шар, но только на несколько дюймов. Этого было достаточно, чтобы посчитать точку зрения Аристотеля опровергнутой — ни о какой пропорциональности веса и скорости падения здесь говорить не приходилось.

Период колебаний маятника

Галилей, однако, на этом не остановился. Серьезное осложнение он видел в большой скорости движения бросаемых тел и, чтобы его преодолеть, стал скатывать шары по наклонной доске, поставленной под небольшим углом к горизонту. Скорость их стала гораздо меньше, а движение, как и при отвесном падении, происходило под действием силы тяжести. Понимая, что здесь все время участвует сила трения, Галилей начинает опыты с маятниками. Движение маятника заинтересовало его еще раньше, и произошло это, по свидетельству первого биографа Галилея и его ученика Винченцо Вивиани, во время церковной службы в Пизанском соборе. Галилей обратил внимание на качающуюся лампаду. Ему показалось, что период ее колебаний сохраняется постоянным. Он проверил это впечатление, используя для отсчета времени биение своего пульса, и понял, что не ошибся. Так был открыт закон постоянства периода качания маятника. В эксперименте, поставленном позже, Галилей наблюдал за двумя маятниками одинаковой длины, груз одного из которых, сделанный из пробки, был в 100 раз легче груза другого (из свинца). Они качались совершенно одинаково и после 100, и после 1000 качаний. Все эти результаты однозначно свидетельствовали, что ускорение силы тяжести g неизменно. В признание заслуг итальянского ученого величина ускорения свободного падения 1 см/сек в квадрате называется Гал. Продолжение статьи. Часть 2.

Если Вам понравилась наша энциклопедия или пригодилась информация на этой странице поделитесь ею с друзьями и знакомыми — нажмите одну из кнопок соц сетей внизу страницы или вверху, ведь среди кучи ненужного мусора интернете достаточно сложно найти действительно интересные материалы.

Источник: https://planete-zemlya.ru/sila-tyazhesti-gallileo-gallilej/

Закон свободного падения Галилея — Знаешь как

Сила тяжести. Вес. Закон Галилея

Заслуга Галилея в обосновании динамики. К тому, что уже было сказано по этому вопросу, нам остается добавить немногое, но это немногое имеет существенное значение.

Галилею принадлежит фундаментальное открытие независимости ускорения свободного падения от массы тела, которое он нашел, опровергая мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их массе.

Галилей показал, что эта скорость одинакова для всех тел, если отвлечься от сопротивления воздуха, и пропорциональна времени падения, пройденный же в свободном падении путь пропорционален квадрату времени.

Рис. Маятник Галилея

Открыв законы равноускоренного движения, Галилей одновременно открыл закон независимости действия силы. В самом деле,если сила тяжести, действуя на покоящееся тело, сообщает ему за первую секунду определенную скорость, т. е.

изменяет скорость от нуля до некоторого конечного значения (9,8 м/сек2),то в следующую секунду, действуя уже на движущееся тело, она изменит его скорость на ту же самую величину, и т. д. Это и отражается законом пропорциональности скорости падения времени падения.

Но Галилей не ограничился этим и, рассматривая движение тела, брошенного горизонтально, настойчиво подчеркивал независимость скорости падения от величины, сообщенной телу, при бросании горизонтальной скорости: «Не замечательная ли вещь,— говорит Сагредо в «Диалоге»,— что в то самое малое время, которое требуется для вертикального падения на землю с высоты каких-нибудь ста локтей, ядро, силою пороха выброшенное из пушки, пройдет четыреста, тысячу, четыре тысячи, десять тысяч локтей, так что при всех горизонтально направленных выстрелах останется в воздухе одинаковое время».

Галилей определяет и траекторию горизонтально брошенного тела. В «Диалоге» он считает ее ошибочно дугой окружности. В «Беседах» он исправляет свою ошибку и находит, что траектория движения тела параболическая.

Законы свободного падения Галилей проверяет на наклонной плоскости. Он устанавливает важный факт, что скорость падения не зависит от длины, а зависит только от высоты наклонной плоскости. Далее он выясняет, что тело, скатившееся по наклонной плоскости с определенной высоты, поднимется на ту же высоту в отсутствие трения.

Поэтому и маятник, отведенный в сторону, пройдя через положение равновесия, поднимется на ту же высоту независимо от формы пути. Таким образом Галилей по существу открыл консервативный характер поля тяготения.

Что же касается времени падения, то оно в соответствии с законами равноускоренного движения пропорционально корню квадратному из длины плоскости. Сравнивая времена скатывания тела по дуге окружности и по стягивающей ее хорде, Галилей находит, что тело скатывается быстрее по окружности.

Он полагает также, что время скатывания не зависит от длины дуги, т. е. дуга окружности изохронна. Это утверждение Галилея справедливо только для малых дуг, но оно имело очень важное значение.

Открытие изохронности колебаний кругового маятника Галилей использовал для измерения промежутков времени и сконструировал часы с маятником. Конструкцию своих часов он не успел опубликовать. Она была опубликована после его смерти, когда маятниковые часы были уже запатентованы Гюйгенсом.

Изобретение маятниковых часов имело огромное научное и практическое значение, и Галилей чутко понял значение своего открытия.

Гюйгенс исправил ошибку Галилея, показав, что изохронной является циклоида, и использовал в своих часах циклоидальный маятник.

Но теоретически правильный циклоидальный маятник практически оказался неудобным, и практики перешли к галилейскому, круговому маятнику, который и поныне применяется в часах.

Еще при жизни Галилея Еванджелиста Торричелли (1608—1647) обратил на себя его внимание своим сочинением, в котором решил задачу о движении тела, брошенного с начальной скоростью под углом к горизонту.

Торричелли определил траекторию полета (она оказалась параболой), вычислил высоту и дальность полета, показав, что при заданной начальной скорости наибольшая дальность достигается при направлении скорости под углом 45° к горизонту. Торричелли разработал метод построения касательной к параболе.

Задача нахождения касательных к кривым привела к возникновению дифференциального исчисления. Галилей пригласил Торричелли к себе и сделал его своим учеником и преемником.

Рис. Е. Торричелли

Имя Торричелли навсегда вошло в историю физики как имя человека, впервые доказавшего существование атмосферного давления и получившего «торричеллиеву пустоту».

Еще Галилей сообщал о наблюдении флорентийских колодезников, что вода не вытягивается насосом на высоту более некоторого определенного значения, составляющего немного более 10 м.

 Галилей заключил отсюда, что аристотелевская «боязнь пустоты» не превышает некоторого измеряемого значения.

Торричелли пошел дальше и показал, что в природе может существовать пустота. Исходя из представления, что мы живем на дне воздушного океана, оказывающего на нас давление, он предложил Вивиани измерить это давление с помощью запаянной трубки, заполненной ртутью.

При опрокидывании трубки в сосуд с ртутью ртуть из нее выливалась не полностью, а останавливалась на некоторой высоте, так что в трубке над ртутью образовывалось пустое пространство. Вес столба ртути измеряет давление атмосферы.

Так был сконструирован первый в мире барометр.

Открытие Торричелли вызвало огромный резонанс. Рухнула еще одна догма перипатетической физики. Декарт сразу же предложил идею измерения атмосферного давления на различных высотах. Эта идея была реализована французским математиком, физиком и философом Паскалем.

Блез Паскаль (1623— 1662) —замечательный математик, известный своими результатами в геометрии, теории числа, теории вероятностей и т. д., вошел в историю физики как автор закона Паскаля о всесторонней передаче давления жидкости, закона сообщающихся сосудов и теории гидравлического пресса. В 1647 г.

Паскаль повторил опыт Торричелли у подножия и на вершине горы Пюи де Дом и установил факт падения давления воздуха с высотой. Совершенно ясно, что «боязнь пустоты», которую еще в 1644 г.

признавал Паскаль, противоречила этому результату, как и установленному еще Торричелли факту изменения высоты ртутного столба в зависимости от состояния погоды.

Рис. Б. Паскаль

Из опыта Торричелли родилась научная метеорология. Дальнейшее развитие открытия Торричелли привело к изобретению воздушных насосов, открытию закона упругости газов и изобретению пароатмосферных машин, положившему начало развитию теплотехники. Итак, достижения науки стали служить технике.

Наряду с механикой стала развиваться оптика. Здесь практика опередила теорию. Голландские мастера очков построили первую оптическую трубу, не зная закона преломления света. Этого закона не знали Галилей и Кеплер, хотя Кеплер правильно чертил ход лучей в линзах и системах линз.

Закон преломления нашел голландский математик Виллеброд Снеллиус (1580—1620). Однако он его не опубликовал. Впервые опубликовал и обосновал этот закон с помощью модели частиц, меняющих скорость движения при переходе из одной среды в другую, Декарт в своей «Диоптрике» в 1637 г.

Эта книга, являющаяся одним из приложений к «Рассуждению о методе», характерна своей связью с практикой. Декарт отправляется от практики изготовления оптических стекол и зеркал и приходит к этой практике. Он ищет средства избежать несовершенства стекол и зеркал, средства устранения сферической аберрации.

С этой целью он исследует различные формы отражающих и преломляющих поверхностей: эллиптическую, параболическую и т. д.

Связь с практикой, с оптическим производством вообще характерна для оптики XVII в. Крупнейшие ученые этой эпохи, начиная с Галилея, сами изготовляли оптические приборы, обрабатывали поверхности стекол, изучали и совершенствовали опыт практиков.

Степень обработки поверхностей линз, изготовленных Торричелли, была настолько совершенна, что современные исследователи предполагают, что Торричелли владел интерференционным методом проверки качества поверхностей.

Голландский философ Спиноза добывал средства к существованию изготовлением оптических стекол. Другой голландец — Левенгук — изготовлял превосходные микроскопы и стал основателем микробиологии.

Ньютон, современник Снеллиуса и Левенгука, был изобретателем телескопа и собственноручно, с необыкновенным терпением шлифуя и обрабатывая поверхности, изготовлял их. В оптике физика шла рука об руку с техникой, и эта связь не порывается до настоящего времени.

Другим важным достижением Декарта в оптике была теория радуги. Он правильно построил ход лучей в дождевой капле, указал, что первая, яркая дуга получается после двукратного преломления и одного отражения в капле, вторая дуга — после двукратного преломления и двукратного отражения.

Открытое Кеплером явление полного внутреннего отражения используется, таким образом, в декартовской теории радуги. Однако причины радужных цветов Декарт не исследовал.

Предшественник Декарта в исследовании радуги, умерший в тюрьме инквизиции, Доминис воспроизвел цвета радуги в стеклянных шарах, заполненных водой (1611).

Начало изучению электричества и магнетизма было положено книгой врача английской королевы Елизаветы Уильяма Гильберта (1540—1603) «О магните, магнитных телах и о большом магните, новая физиология», вышедшей в 1600 г.

, Гильберт первый дал правильное объяснение поведению магнитной стрелки в компасе. Ее конец не «влечется» к небесному полюсу (как думали до Гильберта), а притягивается полюсами земного магнита.

Стрелка находится под воздействием земного магнетизма, магнитного поля Земли, как объясняем мы теперь.

Гильберт подтвердил свою идею моделью земного магнита, выточив из магнитного железняка шар, который он назвал «терреллой», т. е. «земелькой». Изготовив маленькую стрелку, он демонстрировал ее наклонение и изменение угла наклонения с широтой. Магнитное склонение на своей террелле Гильберт продемонстрировать не мог, так как полюса его терреллы были для него и географическими полюсами.

Далее Гильберт открыл усиление магнитного действия железным якорем, которое правильно объяснил намагничением железа. Он установил, что намагничение железа и стали происходит и на расстоянии от магнита (магнитная индукция).

Ему удалось намагнитить железные проволоки магнитным полем Земли. Гильберт отметил, что сталь в отличие от железа сохраняет магнитные свойства после удаления магнита. Он уточнил наблюдение Перегрина, показав, что при разламывании магнита всегда получаются магниты с двумя полюсами и, таким образом, разделение двух магнитных полюсов невозможно.

Крупный шаг вперед сделал Гильберт и в изучении электрических явлений.

Экспериментируя с различными камнями и веществами, он установил, что, кроме янтаря, свойство притягивать легкие предметы после натирания приобретает ряд других тел (алмаз, сапфир, аметист, горный хрусталь, сера, смола и т. д.), которые он назвал электрическими, т. е.

подобными янтарю. Все прочие тела, в первую очередь металлы, которые не обнаруживали такие свойства, Гильберт назвал «неэлектрическими». Так в науку вошел термин «электричество», и так было положено начало систематическому изучению электрических явлений.

Гильберт исследовал вопрос о сходстве магнитных и электрических явлений и пришел к выводу, что эти явления глубоко различны и не связаны между собой. Этот вывод держался в науке более двухсот лет, пока Эрстед не открыл магнитное поле электрического тока.

«Воздаю хвалу, дивлюсь, завидую Гильберту»,—писал Галилей в «Диалоге» о книге Гильберта.

«Высочайшей похвалы заслуживает он, по-моему мнению, что произвел такое количество новых и точных наблюдений… я не сомневаюсь, что со временем эта отрасль науки сделает успехи как вследствие новых наблюдений, так в особенности вследствие строгого метода доказательств. Но это не умаляет славы первого изобретателя».

Нам осталось добавить несколько слов об изучении тепловых явлений. Теплота и холод в аристотелевской физике были одними из первичных качеств и поэтому дальнейшему анализу не подлежали. Конечно, представления о «степени нагретости» или холода существовали и раньше, люди отмечали и сильный холод, и сильную жару. Но только в XVII в.

начались попытки определения температуры более объективными показателями, чем человеческие ощущения. Один из первых термометров, точнее, термоскопов, был изготовлен Галилеем. Исследования тепловых явлений после смерти Галилея продолжали флорентийские академики. Появились новые формы термометров.

Ньютон изготовил термометр с льняным маслом.

Однако термометрия прочно встала на ноги только в XVIII в., когда научились изготовлять термометры с постоянными точками. Во всяком случае, в эпоху Галилея наметился научный подход к изучению тепловых явлений. Были сделаны и первые попытки построить теорию тепла.

Интересно, что Бэкон решил применить свой метод именно к исследованию сущности теплоты.

Собрав большое количество сведений, в том числе и непроверенных фактов, расположив их в придуманной им таблице «Положительных инстанций» и «Отрицательных инстанций», он все же пришел к правильному выводу, что теплота является формой движения мельчайших частиц.

Статья на тему Закон свободного падения Галилея

Источник: https://znaesh-kak.com/e/f/%D0%B7%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD-%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D0%BF%D0%B0%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F-%D0%B3%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%BB%D0%B5%D1%8F

Основные законы Динамики. Законы Ньютона

Сила тяжести. Вес. Закон Галилея

Проект Карла III Ребане и хорошей компанииРаздел недели: Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени…
Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Физика для самых маленьких. Шпаргалки. Школа. / / Основные законы Динамики. Законы Ньютона — первый, второй, третий. Принцип относительности Галилея. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Силы упругости. Вес. Силы трения — покоя, скольжения, качения + трение в жидкостях и газах.
  • Вариант1. Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно или покоится, если на него не действует сила, или действие внешних сил взаимно скомпенсировано.
  • Вариант2. Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной (в т.ч. равной 0) , если на него не действуют другие тела (или действие других тел взаимно компенсируется)
  • Сила, действующая на тело равна произведению массы тела на сообщаемое этому телу этой силой ускорение
  • Под «силой» понимается равнодействующая всех сил:
  • Вариант 1. Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той-же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению
  • Вариант 2. Действие равно противодействию
  • Все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета:
  • где:
  •   — это гравитационная постоянная
  • Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает тело, находящееся на ее поверхности или на некотором расстоянии от поверхности. Определяется законом всемирного тяготения.
  • Вблизи поверхности Земли и на ее поверхности сила тяжести:
  •   — где:
  • -ускорение свободного падения
  • Силы упругости —  силы, возникающие при деформации (изменении объема или формы) тела.
    • Строго говоря, имеется в виду упругая деформация, т.е. такая, которая после снятия нагрузки — исчезает, хотя , бывает, понятие используют и при неупругой (невозвратной) деформации.
  • Закон Гука. При упругой деформации растяжения (или сжатия) модуль силы упругости прямо пропорционален абсолютному значению изменения длины тела:
  • где k-коэффициент упругости 
  • Сила реакции опоры:
  • Вес тела (Р) — Сила, с которой тело действует на опору или подвес:
  • 1. Трение покоя = силе, приложенной к телу
  • 2. Трение скольжения — относительно постоянная величина, после начала движения
  • 3.Трение качения, вполне корректный подход
  • 4 Трение в жидкостях и газах — очень упрощенный подход. Трение прямо пропорционально скорости только на малых скоростях, в маловязких жидкостях и т.д.

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.

Источник: https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/PhysicsForKids/DynamicsNewtoneLaws/

Сила тяжести. Вес. Закон Галилея

Сила тяжести. Вес. Закон Галилея

Галилей впервые выяснил, что тяжелые предметы падают вниз так же быстро, как и легкие.

Чтобы проверить это предположение Галилео Галилей сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро массой $80$ кг и значительно более легкую мушкетную пулю массой $200$ г.

Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму и достигли земли одновременно. До него господствовала точка зрения Аристотеля, который утверждал, что легкие тела падают с высоты медленнее тяжелых.

Рисунок 1.

Такова легенда. В архивах не сохранилось никаких подтверждений, что такой эксперимент действительно проводился. Более того, пушечное ядро и пуля имеют разный радиус, на них будет действовать разная сила сопротивления воздуха и, поэтому, они не могут достичь земли одновременно. Это понимал и Галилей. Однако он писал, что

«…

различие в скорости движения в воздухе шаров из золота, свинца, меди, порфира и других тяжелых материалов настолько незначительно, что шар из золота при свободном падении на расстоянии в одну сотню локтей наверняка опередил бы шар из меди не более чем на четыре пальца. Сделав это наблюдение, я пришел к заключению, что в среде, полностью лишенной всякого сопротивления, все тела падали бы с одинаковой скоростью».

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Предположив, что произошло бы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей 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.

Вскоре после Галилея были созданы воздушные насосы, которые позволили произвести эксперименты со свободным падением в вакууме. С этой целью Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и бросил сверху одновременно птичье перо и золотую монету. Даже столь сильно различающиеся по своей плотности тела падали с одинаковой скоростью.

Сила тяжести и вес

Под действием силы притяжения к Земле все тела падают с одинаковым относительно поверхности Земли ускорением, которое принято обозначать буквой $g$.

Это означает, что в системе отсчета, связанной с Землей, на всякое тело массы $m$ действует сила $P=mg$ называемая силой тяжести.

Когда тело покоится относительно поверхности Земли, сила $P$ уравновешивается реакцией $F$, подвеса или опоры, удерживающих тело от падения $F=-P$.

По третьему закону Ньютона тело в этом случае действует на подвес или опору с силой $G$, равной $-F$, т. е. с силой:

Сила $G$, с которой тело действует на подвес или опору, называется весом тела. Эта сила равна $mg$ лишь в том случае, если тело и опора (или подвес) неподвижны относительно Земли. В случае их движения с некоторым ускорением $a$ вес $G$ не будет равен $mg$.

Это можно уяснить на следующем примере. Пусть подвес в виде укрепленной на рамке пружины движется вместе с телом с ускорением $a$.

Рисунок 2.

Тогда уравнение движения тела будет иметь вид:

где $F$ — реакция подвеса, т. е. сила, с которой пружина действует на тело. По третьему закону Ньютона тело действует на пружину с силой, равной $-F$ которая по определению представляет собой вес тела $G$ в этих условиях. Заменив реакцию $F$, силой $-G$, а силу тяжести $P$ — произведением $mg$ получим:

$G=m(g-a)$. (1)

Формула 91) определяет вес тела в общем случае. Она справедлива для подвеса или опоры любого вида.

Предположим, что тело и подвес движутся в вертикальном направлении.

Спроектируем (1) на направление отвеса:

$G=m(g\pm a)$. (2)

В этом выражении $G$, $a$, $g$ суть модули соответствующих векторов. Знак $\pm $ соответствует $a$, направленному вверх либо вниз.

Из формулы (2) вытекает, что по модулю вес $G$ может быть как больше, так и меньше, чем сила тяжести $P$. При свободном падении рамки с подвесом $a=g$ и сила $G$, с которой тело действует на подвес, равна нулю. Наступает состояние невесомости.

Космический корабль, летящий вокруг Земли с выключенными двигателями, движется, как и свободно падающая рамка, с ускорением $g$, вследствие чего тела внутри корабля находятся в состоянии невесомости — они не оказывают давления на соприкасающиеся с ними тела.

В случае неподвижной опоры силы $P$ и $G$ совпадают по величине и по направлению (обе они равны $mg$).

Однако следует помнить, что эти силы приложены к разным телам: $P$ приложена к самому телу, $G$ приложена к подвесу или опоре, ограничивающим свободное движение тела в поле сил земного тяготения.

Кроме того, сила $P$ всегда равна $mg$независимо от того, движется тело или покоится, сила же веса $G$ зависит от ускорения, с которым движутся опора и тело, причем она может быть как больше, так и меньше $mg$.

Ускорение свободного падения $g$ и сила тяжести $P$ зависят от широты местности. Кроме того, они зависят также от высоты над уровнем моря — с удалением от центра Земли они уменьшаются.

Пример 1

Девочка массой $25$ кг качается на качелях с длиной подвеса $5$ м. С какой силой она давит на сиденье при прохождении среднего положения со скоростью $4$ м/с.

Дано: $m=25$кг, $l=5$м, $v=4$м/с.

Найти: $F$-?

Решение: Запишем второй закон Ньютона:

$F=m(g+a)$. (так как $a=\frac{v{2} }{l} $-центростремительное и направлено по отвесу вверх):

$F=m(g+\frac{v{2} }{l} )=330$Н

Ответ: $F=330$Н.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/dinamika/sila_tyazhesti_ves_zakon_galileya/

Booksm
Добавить комментарий