Как найти силу тяжести

Сила тяжести: формула, единицы измерения, особенности

Сила тяжести и ее источник: Freepick

Разбираетесь с такой физической категорией, как сила тяжести? Формула, ее составляющие и единицы измерения укажут, что сильнее притянет Земля — яблоко или поезд. Отличается ли сила тяжести от силы тяготения? Объясним, как не перепутать эти две величины.

Что такое сила тяжести

Каждый день наблюдаем, как тела вокруг деформируются (меняют форму или размеры), ускоряются или тормозят, падают. В реальной жизни с различными телами происходят самые разнообразные вещи. Причина всех действий и взаимодействий кроется в некой силе. О чем идет речь?

Понятие силы

Силой называют физическую векторную величину, которая оказывает воздействие на тело, а ее источниками становятся другие тела. Что означает понятие векторной величины? Это говорит о том, что сила наделена направлением. В зависимости от того, куда она направлена, можно получить разные результаты.

Центр Вселенной: что это и где он находится

Это как если стоять на вершине горы на сноуборде, то от направления толчка будет зависеть дальнейшее движение. Таков результат приложения силы в этом случае. Силы, которые изучают ученые-физики, разнообразны и очень важны для нашей повседневной жизни.

Определение и значение силы тяжести

Одна из них носит название сила тяжести. Физика предлагает следующее определение: сила тяжести — это величина, которая показывает, насколько сильно Земля притягивает тело, которое расположено на ее поверхности или рядом с ней. Таким образом, направление этой силы — центр нашей планеты.

Сила тяжести на Земле крайне важна по следующим причинам:

  • Наша планета притягивает все, что попадает в сферу действия этой силы, будь то твердое тело, жидкость или газ.
  • Благодаря ее существованию стало возможным создание атмосферы (молекулы газов, которые ее составляют, не улетают в космические просторы), появились и остаются на своих местах моря и океаны.
  • Любой предмет, который приподнимаем и роняем, обязательно упадет вниз по направлению к Земле.

Почему Луна не падает на Землю: пояснения

Кстати, именно из-за воздействия этой силы люди не могут летать. Самостоятельно развить скорость, на которой полет становится возможным (так называемую первую космическую) человек не способен, а потому в обычной жизни всегда твердо стоит ногами на Земле.

Сила тяжести и сила тяготения: отличия

Падение перьев как пример силы тяжести: Freepick

Сила тяжести, определение которой дали выше, схожа с силой тяготения. Оба варианта связывает сила притяжения.

Однако эти две силы не одно и то же, хоть их и часто путают. Давайте разберемся, в чем тут дело.

Еще в 1682 году Исаак Ньютон открыл закон о всемирном тяготении. Сформулирован он был так: тела притягивают друг друга, а сила этого тяготения — величина, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональна расстоянию, возведенному в квадрат.

Почему трава зеленая: пояснения из физики, биологии, химии

Математически силу тяготения записывают так: F = G×M×m/R², где:

  • F — сила тяготения, Н;
  • M — масса первого тела (часто планеты), кг;
  • m — масса второго тела, кг;
  • R — дистанция между ними, м;
  • G — постоянная величина (G = 6,67×10⁻¹¹ м³×кг⁻¹×с⁻²).

Продемонстрировать эту силу легко — достаточно встать на весы. Стрелка сразу же отклонится, показывая вес тела. Так происходит из-за очень большой массы Земли, благодаря которой мы придавлены к ней. На Луне, масса которой меньше, вес человека меньше в несколько раз.

Итак, закон о всемирном тяготении и соответствующая сила необходимы для вычисления силы взаимодействий между разнообразными телами. При этом их размеры должны быть меньше, чем расстояние между ними.

Теплопроводность воды и льда и их особенности

Теперь вернемся к нашей теме и рассмотрим подробно, что же такое сила тяжести, обозначение которой дали выше, и как она связана с силой тяготения.

Сила тяжести: формула, единицы измерения

Напомним, что когда говорим о силе тяжести, то имеем в виду силу, с которой осуществляет притяжение наша планета.

Формула силы тяжести такова: F = m×g, где:

  • F — сила тяжести, Н;
  • m — масса тела, кг;
  • g — ускорение свободного падения, м/с².

В этой формуле видим новую величину — ускорение свободного падения. Так называют ускорение, которое приобретает тело рядом с Землей во время свободного и беспрепятственного падения. Рядом с поверхностью Земли значение этой величины примерно равняется 9,81 м/с², а в приблизительных расчетах используют округленное значение 10 м/с².

Закон Паскаля простыми словами: суть и значимость

По этой формуле рассчитывается сила тяжести, единица измерения которой — Ньютоны (в честь Исаака Ньютона).

Капл дождя падают на Землю благодаря силе тяжести: Freepick

Чему равна сила тяжести? Глядя на эту формулу, можно сказать, что сила тяжести схожа с весом тела. В покое на Земле эта величина и вес будут идентичны. Но это не одно и то же. Почему? Объяснение не сложное:

  • Силой, с которой на тела действует Земля, называют силу тяжести.
  • Вес тоже сила, с которой тела действуют на опору.
  • То есть у них отличаются точки действия: первая направлена на центр массы тел, а вес направлен на опору.

Кроме того, на величину силы тяжести влияет масса и планета, на которой проводятся измерения. Вес определяется также ускорением, с которым происходит движение тела и опоры.

Состояния воды в природе: условия перехода, необычные факты

К примеру, вес тела в лифте определяется тем, в каком направлении и как быстро происходит движение тела. Сила тяжести не учитывает, куда и что движется: эти внешние факторы на нее не влияют.

Итак, с весом разобрались. А что же с силой тяготения, которую упоминали выше? Можем ли две эти силы приравнять? На этот раз ответ будет утвердительным. Но только, когда мы говорим о Земле и теле, которое к ней притягивается. В этом случае обе силы будут равны.

Выразим это математически:

  • F = m×g.
  • F = G×M×m/R².
  • m×g = G×M×m/R².

Если обе части полученного уравнения разделить на массу, то получим такую формулу: g = G×M/R².

Магнитные бури: что это, как они влияют на человека

Величина g (ускорение свободного падения) уникальна для каждой планеты:

  1. На нашей Земле свободно падающее тело с каждой секундой ускоряется примерно на 9,81 метр (м/с²).
  2. Ускорение свободного падения рядом с Луной имеет величину всего 1,62 м/с².
  3. На Юпитере это значение достигает 26,2 м/с². Человек, который весит 60 кг, на этой планете почувствует себя так, будто бы поправился на 100 кг.

Как изменится величина, если тело будет падать 4 секунды? Попробуем подсчитать:

  • Скорость падения в начальной точке составит 0 м/с².
  • В течение первой секунды она увеличится до 9,81 м/с².
  • За вторую секунду величина вырастет вдвое и составит 19,62 м/с².
  • Третья секунда добавить еще одну величину ускорения и получится 29,43 м/с².
  • В четвертую секунду скорость движения тела достигнет 39,24 м/с², что равняется приблизительно 141 км/ч.

Ретроградный Меркурий: что о нем надо знать

Отметим, что яблоко и кирпич будут падать с равной скоростью. Только очень легкие предметы во время падения замедляет воздух, оказывая им ощутимое сопротивление. Так, птичье перышко будет совершать падение очень медленно и плавно.

Задумываемся об этом или нет, на каждого из нас оказывает воздействие сила тяжести. Формула ее расчета состоит из массы, умноженной на величину ускорения свободного падения. Эта сила показывает воздействие планет на тела, которые находятся рядом с их поверхностями. Поэтому ее величина отличается на Земле и на Луне.

Уникальная подборка новостей от нашего шеф-редактора

Сила тяжести

О чем эта статья:

Сила: что это за величина

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.

Сила — это физическая векторная величина, которую воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.

Сила тяготения

В 1682 году Исаак Ньютон открыл Закон Всемирного тяготения. Он звучит так: все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Формула силы тяготения согласно этому закону выглядит так:

Закон Всемирного тяготения

F = GMm/R2

F — сила тяготения [Н]

M — масса первого тела (часто планеты) [кг]

m — масса второго тела [кг]

R — расстояние между телами [м]

Читайте также  Как часто должен шевелиться плод при беременности

G — гравитационная постоянная

G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2

Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз.

Закон всемирного тяготения используют, чтобы вычислить силы взаимодействия между телами любой формы, если размеры тел значительно меньше расстояния между ними.

Если мы возьмем два шара, то для них можно использовать этот закон вне зависимости от расстояния между ними. За расстояние R между телами в этом случае принимается расстояние между центрами шаров.

Приливы и отливы существуют благодаря Закону Всемирного тяготения. В этом видео я рассказываю, что общего у приливов и прыщей

Несколько лет назад ученые открыли такое явление, как гравитационные волны — но это не тоже самое, что гравитация:

—>

Сила тяжести

Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает все тела.

Сила тяжести

F = mg

F — сила тяжести [Н]

m — масса тела [кг]

g — ускорение свободного падения [м/с2]

На планете Земля g = 9,8 м/с2

На первый взгляд сила тяжести очень похожа на вес тела. Действительно, в состоянии покоя на поверхности Земли формулы силы тяжести и веса идентичны. Но разница все-таки есть, давайте разбираться.

Эта формула и правда аналогична силе тяжести. Вес тела в состоянии покоя численно равен массе тела, разница состоит лишь в точке приложения силы.

Сила тяжести — это сила, с которой Земля действует на тело, а вес — сила, с которой тело действует на опору. Это значит, что у них будут разные точки приложения: у силы тяжести к центру масс тела, а у веса — к опоре.

Также, важно понимать, что сила тяжести зависит исключительно от массы и планеты, на которой тело находится. Вес зависит также от ускорения, с которым движутся тело или опора.

Например, в лифте вес тела зависит от того, куда и с каким ускорением движется тело. А силе тяжести все равно, куда и что движется — она не зависит от внешних факторов.

На второй взгляд сила тяжести очень похожа на силу тяготения. В обоих случаях мы имеем дело с притяжением — значит можем сказать, что это одно и то же. Практически.

Мы можем сказать, что это одно и то же, если речь идет о Земле и каком-то предмете, который к этой планете притягивается. Тогда мы можем даже приравнять эти силы и выразить формулу для ускорения свободного падения.

F = mg

F = GMm/R2

Приравниваем правые части:

mg = GMm/R2

Делим на массу левую и правую части:

g = GM/R2

Это и будет формула ускорения свободного падения. Ускорение свободного падения для каждой планеты уникально, эта формула нужна.

Формула для ускорения свободного падения

g = GM/R2

F — сила тяготения [Н]

M — масса планеты [кг]

R — расстояние между телами [м]

G — гравитационная постоянная

G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2

А теперь задачка

Определить силу тяжести, действующую на тело массой 80 кг.

Решение:

Не смотря на кажущуюся простоту, тут есть над чем подумать.Вроде бы просто нужно взять формулу F = mg, подставить числа и дело в шляпе.

Да, но есть один нюанс: в значении ускорения свободного падения для Земли очень много знаков после запятой. В школе обычно дают то же значения, что мы указывали выше: g = 9,8 м/с2.

В экзаменах ОГЭ и ЕГЭ в справочных данных дают g = 10 м/с2.

Ответ: 800 Н.

Учимся летать

В серии книг Дугласа Адамса «‎Автостопом по Галактике»‎ говорится, что летать — это просто промахиваться мимо Земли. Если ты промахнулся мимо Земли и достиг первой космической скорости 7,9 км/с, то ты стал искусственным спутником Земли.

Искусственный спутник Земли — космический летательный аппарат, который вращается вокруг Земли по геоцентрической орбите. Чтобы у него так получалось, аппарат должен иметь начальную скорость, равную или большую первой космической скорости.

Кстати, есть еще вторая и третья космические скорости. Вторая космическая скорость — это скорость, которая нужна, чтобы корабль стал искусственным спутником Солнца, а третья — чтобы вылетел за пределы солнечной системы.

Подробнее о возможностях полетов и невесомости читайте в нашей статье про вес тела.

Как найти силу тяжести

В данном параграфе мы напомним Вам о силе тяжести, центростримительном ускорение и весе тела

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Силу, с которой тело притягивается к Земле под действием поля тяготения Земли, называют силой тяжести. По закону всемирного тяготения на поверхности Земли (или вблизи этой поверхности) на тело массой m действует сила тяжести

где М — масса Земли; R — радиус Земли.
Если на тело действует только сила тяжести, а все другие силы взаимно уравновешены, тело совершает свободное падение. Согласно второму закону Ньютона и формуле F т =GMm/R 2 модуль ускорения свободного падения g находят по формуле

Из формулы (2.29) следует, что ускорение свободного падения не зависит от массы m падающего тела, т.е. для всех тел в данном месте Земли оно одинаково. Из формулы (2.29) следует, что Fт = mg. В векторном виде

В § 5 было отмечено, что поскольку Земля не шар, а эллипсоид вращения, ее полярный радиус меньше экваториального. Из формулы F т =GMm/R 2 видно, что по этой причине сила тяжести и вызываемое ею ускорение свободного падения на полюсе больше, чем на экваторе.

Сила тяжести действует на все тела, находящиеся в поле тяготения Земли, однако не все тела падают на Землю. Это объясняется тем, что движению многих тел препятствуют другие тела, например опоры, нити подвеса и т. п. Тела, ограничивающие движение других тел, называют связями. Под действием силы тяжести связи деформируются и сила реакции деформированной связи по третьему закону Ньютона уравновешивает силу тяжести.

На ускорение свободного падения влияет вращение Земли. Это влияние объясняется так. Системы отсчета, связанные с поверхностью Земли (кроме двух, связанных с полюсами Земли), не являются, строго говоря, инерциальными системами отсчета — Земля вращается вокруг своей оси, а вместе с ней движутся по окружностям с центростремительным ускорением и такие системы отсчета. Эта неинерциальность систем отсчета проявляется, в частности, в том, что значение ускорения свободного падения оказывается различным в разных местах Земли и зависит от географической широты того места, где находится связанная с Землей система отсчета, относительно которой определяется ускорение свободного падения.

Измерения, проведенные на разных широтах, показали, что числовые значения ускорения свободного падения мало отличаются друг от друга. Поэтому при не очень точных расчетах можно пренебречь неинерциальностью систем отсчета, связанных с поверхностью Земли, а также отличием формы Земли от сферической, и считать, что ускорение свободного падения в любом месте Земли одинаково и равно 9,8 м/с 2 .

Из закона всемирного тяготения следует, что сила тяжести и вызываемое ею ускорение свободного падения уменьшаются при увеличении расстояния от Земли. На высоте h от поверхности Земли модуль ускорения свободного падения определяют по формуле

Установлено, что на высоте 300 км над поверхностью Земли ускорение свободного падения меньше, чем у поверхности Земли, на 1 м/с2.
Следовательно, вблизи Земли (до высот нескольких километров) сила тяжести практически не изменяется, а потому свободное падение тел вблизи Земли является движением равноускоренным.

Вес тела. Невесомость и перегрузки

Силу, в которой вследствие притяжения к Земле тело действует на свою опору или подвес, называют весом 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).

Наблюдения показывают, что вес тела Р, определяемый на пружинных весах, равен действующей на тело силе тяжести Fт только в том случае, если весы с телом относительно Земли покоятся или движутся равномерно и прямолинейно; В этом случае

Если же тело движется ускоренно, то его вес зависит от значения этого ускорения и от его направления относительно направления ускорения свободного падения.

Когда тело подвешено на пружинных весах, на него действуют две силы: сила тяжести Fт=mg и сила упругости Fyп пружины. Если при этом тело движется по вертикали вверх или вниз относительно направления ускорения свободного падения, значит векторная сумма сил Fт и Fуп дает равнодействующую, вызывающую ускорение тела, т. е.

Согласно приведенному выше определению понятия «вес», можно написать, что Р=-Fyп. Из формулы: F т + F уп =mа. с учетом того, что F т =mg, следует, что mg-mа=-F yп . Следовательно, Р=m(g-а).

Силы Fт и Fуп направлены по одной вертикальной прямой. Поэтому если ускорение тела а направлено вниз (т.е. совпадает по направлению с ускорением свободного падения g), то по модулю

Читайте также  Как скачать видео с vimeo com

Если же ускорение тела направлено вверх (т. е. противоположно направлению ускорения свободного падения), то

Следовательно, вес тела, ускорение которого совпадает по направлению с ускорением свободного падения, меньше веса покоящегося тела, а вес тела, ускорение которого противоположно направлению ускорения свободного падения, больше веса покоящегося тела. Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называют перегрузкой.

При свободном падении a=g. Из формулы: P=m(g-a)

следует, что в таком случае Р=0, т. е. вес отсутствует. Следовательно, если тела движутся только под действием силы тяжести (т. е. свободно падают), они находятся в состоянии невесомости. Характерным признаком этого состояния является отсутствие у свободно падающих тел деформаций и внутренних напряжений, которые вызываются у покоящихся тел силой тяжести. Причина невесомости тел заключается в том, что сила тяжести сообщает свободно падающему телу и его опоре (или подвесу) одинаковые ускорения.

Сила тяжести, формулы

Основные понятия

Силой тяжести, как физической величиной, является такая сила, которая действует на любое физическое тело, что находится у поверхности Земли или другого небесного тела.

Таким образом, сила тяжести в приповерхностном пространстве состоит из гравитационного притяжения Земли и центробежной силы инерции, которая вызвана вращением планеты вокруг своей оси.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Другие силы, к примеру, притяжение Солнца, Юпитера и прочих планет, на поверхности Земли очень малы, и ими пренебрегают. Сила тяжести придаёт всем объектам, в независимости от их размеров и массы, ускорение одной величины, и считается консервативной силой. Её можно рассчитать таким образом:

где (g ⃗ ) – ускорение свободного падения, иными словами, ускорение, придаваемое телу силой притяжения Земли.

На объекты, что перемещаются относительно поверхности Земли, помимо силы тяжести, влияет еще сила Кориолиса. Эта сила имеет место при исследовании перемещения объектов по относительно вращающихся систем отсчета. Учитывая данную силу вместе с физическими силами, что действуют на объект, мы учитываем действие вращения системы отсчёта на перемещение этого объекта.

Различные формулы, касающиеся вычисления силы тяжести

Согласно закону всемирного тяготения, гравитационную силу тяжести, действующую на объект с какой-то массой m на поверхности астрономического сферически симметричного тела с массой M, рассчитывают таким образом:

где (G) – гравитационная постоянная;
(R) – радиус тела.

Данная формула справедлива для тела, у которого масса распределена равномерно по объёму. Причем гравитационная сила тяжести действует на центр тела, то есть центр его тяжести.

Модуль центробежной силы инерции (Q) , что действует на объект, рассчитывается таким образом:

где (a) – отдаленность объекта от оси вращения астрономического тела, в пределах которого рассматривается данная центробежная сила инерции;
(ω) – угловая скорость вращения астрономического тела.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Центробежная сила инерции направлена перпендикулярно от оси вращения астрономического тела.
Векторную величину центробежной силы инерции определяют по следующей формуле:

где (vec ) – перпендикулярный к оси вращения вектор, что опущен от неё к указанному объекту, находящемуся у поверхности астрономического тела.
Сила тяжести в данном случае определиться так:
(vec

= vec = vec)

Закон притяжения

Без существования силы тяжести многие явления, кажущаяся для нас привычными, были бы невозможны. Например, дожди, водопады, горные лавины и многие прочие явления. Атмосфера Земли существует исключительно под воздействием силы тяжести. Относительно мелкие астрономические тела не имеют свои атмосферы, так как их силы тяжести недостаточно для их сохранения.

Земная атмосфера играет огромное значение в сохранении всего живого на Земле. Вместе с силой притяжения Земли в приземном пространстве действует сила притяжения Луны. Благодаря её близости на Земле наблюдаются такие явления, как отливы и приливы, а большинство биологических ритмов связаны с вращением Луны. То есть, силу тяжести стоит считать значимой для живой природы.

Если масса одного из тел сильно превышает массу другого, то имеет место гравитационная сила, называемая силой притяжения. Данная сила применима в задачах, которые качаются расчёта силы притяжения на Земле и прочих астрономических телах. Если подставить величину силы притяжения в выражение второго закона Ньютона, то получим:

где (a) – ускорение силы притяжения, которая принуждает объекты притягиваться между собой. Если в задачах задействовано ускорение свободного падения, то данную величину обозначают буквой (g) . Ньютон в своё время математически доказал, при помощи собственного интегрального исчисления, что сила тяжести постоянно сосредоточена в центре тела с большей массой.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Отзывы студентов о нашей работе

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Принимаем к оплате

Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения.

теория по физике 🧲 динамика

Все тела взаимодействуют друг с другом. Так, две материальные точ ки , обладающие массой, притягиваются друг к другу с некоторой силой, которую называют гравитационной, или силой всемирного тяготения.

Сила всемирного тяготения — сила, с которой все тела притягиваются друг к другу.

Закон всемирного тяготения

Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

F — сила всемирного тяготения, m1и m2 — массы двух притягивающихся друг к другу тел, R — расстояние между этими телами, G — гравитационная постоянная (G = 6,67∙10 –11 Н ∙ м 2 /кг 2 ).

Сила всемирного тяготения направлена по линии, соединяющей центры двух тел.

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя точечными телами массой 1 кг каждое, если расстояние между ними равно 1 м. Если R = 1 м, m1= 1 кг и m2= 1 кг, то F = G.

G = 6,67∙10 –11 Н ∙ м 2 /кг 2 .

Сила тяжести

Согласно закону всемирного тяготения, все тела притягиваются между собой. Так, Земля притягивает к себе падающий на нее мяч, а мяч притягивает к себе Землю.

Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает к себе тела.

Сила тяжести действует на все тела, находящиеся в поле притяжения Земли. Она всегда направлена к центру нашей планеты.

Расчет силы тяжести на Земле

Си лу тяжести можно рассчитать с помощью закона всемирного тяготения. Тогда одна из масс будет равна массе земли. Обозначим ее большой буквой M. Вторая масса будет принадлежать те лу , притягивающемуся к Земли. Обозначим его m. В качестве R будет с лу жить радиус Земли. В таком с лу чае сила тяжести будет определяться формулой:

Вывод формулы ускорения свободного падения

Согласно второму закону Ньютона, сила, которая действует на тело, сообщает ему ус кор ение. Поэтому си лу тяжести также можно выразить через это ус кор ение. Обозначим его g — ус кор ение свободного падения.

Пример №1. Мальчик массой 50 кг прыгнул под углом 45 г раду сов к горизонту. Найти си лу тяжести, действующую на него во время прыжка.

Сила тяжести зависит только от массы тела и ус кор ения свободного падения. Направлена она всегда к центру Земли, и от характера движения тела не зависит. Поэтому:

Мы по лу чили две формулы для вычисления силы тяжести: одну — исходя из закона всемирного тяготения, вторую — исходя из второго закона Ньютона. Приравняем правые части формул и по лу чим:

Формула расчета ус кор ения свободного падения

Вместо массы и радиуса Земли можно взять массы и радиусы любых планет. Так можно рассчитать ус кор ение свободного падения для любого космического тела.

Пример №2. Рассчитать ус кор ение свободного падения на Лу не. Считать, что радиус Лу ны равен 1736 км, а ее масса — 7,35∙10 22 кг.

Переведем кил ометры в метры: 1736 км = 1736000 м.

Читайте также  Как определить смерть

Первая космическая скорость

Исаак Ньютон смог доказать, что причиной падения тел на Землю, движения Лу ны вокруг Земли и движения Земли вокруг Солнца является сила тяготения. Если камень бросить в горизонтальном направлении, его траектория будет от клон ена от прямой линии под действием земной силы тяжести. Если же придать этому камню большую с кор ость, камень приземлится на большем расстоянии. Значит, существует такая с кор ость, при которой камень не приземлится, а начнет бесконечно вращаться вокруг Земли.

Определение Первая космическая с кор ость — минимальная (для заданной высоты над поверхностью планеты) горизонтальная с кор ость, которую необходимо придать объекту, чтобы он совершал движение по круговой орбите вокруг планеты.

Вывод формулы первой космической скорости

Когда тело массой m вращается на некоторой высоте h, расстояние между ним и цен тром Земли равно сумме этой высоты и радиуса Земли. Поэтому сила тяготения между этим телом и Землей будет равна:

Движение тела вокруг планеты — частный с лу чай движения тела по окружности с постоянной по модулю с кор остью. Мы уже знаем, что такое тело движется с центростремительным ус кор ением, направленным к центру окружности. В данном с лу чае центростремительное ус кор ение будет направлено к центру Земли. Это ус кор ение сообщает те лу сила тяготения.

Так как тело движется на некоторой высоте h от поверхности Земли, центростремительное ус кор ение будет определяться формулой:

Подставив это ус кор ение в форму лу второго закона Ньютона, по лу чим си лу , с которой Земля притягивает к себе тело массой m:

Приравняем правые части формул, следующих из закона всемирного тяготения и второго закона Ньютона, и по лу чим:

Отсюда с кор ость, с которой должно тело массой m бесконечно вращаться вокруг Земли на высоте h, равна:

С кор ость бесконечно вращающегося вокруг Земли тела не зависит от его массы. Она зависит только от высоты, на которой оно находится. Чем выше высота, тем меньше с кор ость его вращения.

Тело, вращающееся вокруг планеты, называется ее спутником. Чтобы любое тело стало спутником Земли, нужно сообщить ему некоторую с кор ость на поверхности планеты в горизонтальном направлении. Высота h в этом с лу чае равна 0. Тогда эта с кор ость будет равна:

8 км/с — первая космическая с кор ость Земли.

Пример №3. Рассчитать первую космическую с кор ость для Венеры. Считать, что масса Венеры равна 4,87∙10 24 кг, а ее радиус равен 6052 км.

Алгоритм решения

  1. Записать исходные данные.
  2. Записать закон всемирного тяготения.
  3. Установить зависимость между силой гравитационного притяжения и расстоянием между телами.
  4. На основании вывода о зависимости двух величин вычислить гравитационное притяжение между двумя шарами при изменении расстояния между ними.

Решение

Запишем исходные данные:

  • Расстояние между двумя шарами в первом с лу чае: R1 = 2 м.
  • Расстояние между двумя шарами во втором с лу чае: R2 = 6 м.
  • Сила гравитационного притяжения между двумя шарами в первом с лу чае: F1 = 9 нН.

Запишем закон всемирного тяготения:

Из формулы вид но, что сила гравитационного притяжения обратно пропорционально квадрату расстояния между телами массами m1 и m2.

R2 больше R1 втрое (6 больше 2 в 3 раза). Следовательно, расстояние между шарами тоже увеличилось втрое. В таком с лу чае сила гравитационного притяжения между ними уменьшится в 3 2 раз, или в 9 раз. Так как в первом с лу чае эта сила была равна 1 нН, то во втором она составит в 9 раз меньше, или 1 нН.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Две звезды одинаковой массы m притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю F. Чему равен модуль сил притяжения между другими двумя звёздами, если расстояние между их центрами такое же, как и в первом случае, а массы звёзд равны 3m и 4m?

Формула силы тяжести

Определение и формула силы тяжести

Под воздействием силы притяжения к Земле все тела падают с одинаковыми по отношению к ее поверхности ускорениями. Такое ускорение называют ускорением свободного падения и обозначают: g. Его величина в системе СИ считается равной g=9,80665 м/с 2 – это так называемое, стандартное значение.

Вышесказанное обозначает то, что в системе отсчета, которая связывается с Землей, на любое тела обладающее массой m действует сила равная:

которая называется силой тяжести.

Если тело находится в состоянии покоя на поверхности Земли, тогда сила тяжести уравновешивается реакцией подвеса или опоры, которая удерживает тело от падения (вес тела).

Различие между силой тяжести и силой притяжения к Земле

Если быть точным, то следует заметить, что в результате неинерциальности системы отсчета, которая связывается с Землей, сила тяжести отличается от силы притяжения к Земле. Ускорение, которое соответствует движению по орбите существенно меньше, чем ускорение, которое связывается с суточным вращением Земли. Система отсчета, связанная с Землей, осуществляет вращение по отношению к инерциальным системам с угловой скоростью $omega$=const. Поэтому в случае рассмотрения перемещения тел по отношению к Земле следует учитывать центробежную силу инерции (Fin), равную:

где m – масса тела, r – расстояние от оси Земли. Если тело расположено не высоко от поверхности Земли ( в сравнении с радиусом Земли), то можно считать, что

где RZ – радиус земли, $varphi$ – широта местности.

В таком случае ускорение свободного падения (g) по отношению к Земле будет определено действием сил: силы притяжения к Земле ( $bar_$) и силы инерции ( $bar_$). При этом сила тяжести — есть результирующая этих сил:

Так как сила тяжести сообщает телу, обладающему массой m ускорение равное $bar$, то соотношение (1) является справедливым.

Разница между силой тяжести $bar

$ и силой притяжения к Земле $bar_$ небольшая. Так как $F_ gg F_$.

Как и всякая сила, сила тяжести – векторная величина. Направление силы $bar

$, например, совпадает с направлением нити, натянутой грузом, которое называют направлением отвеса. Сила $bar_$ направлена к центру Земли. Значит, нить отвеса направлена также только на полюсах и экваторе. На других широтах угол отклонения ($alpha$) от направления к центру Земли составляет величину, равную:

$$alpha approx 0,0018 sin (2 varphi)(5)$$

Разница между Fg-P максимальна на экваторе, она составляет 0,3% от величины силы Fg. Так как земной шар является сплюснутым около полюсов, то Fg имеет некоторые вариации по широте. Так она у экватора на 0,2% меньше, чем у полюсов. В результате ускорение g изменяется с широтой от 9,780 м/с 2 (экватор) до 9,832 м/с 2 (полюса).

По отношению к инерциальной системе отсчета (например, гелиоцентрической СО) тело в свободном падении будет перемещаться с ускорением (a) отличающимся от g, равным по модулю:

и совпадающим по направлению с направлением силы $bar_$.

Единицы измерения силы тяжести

Основной единицей измерения силы тяжести в системе СИ является: [P]=H

Примеры решения задач

Задание. Определите во сколько раз величина силы тяжести на Земле (P1) больше, чем сила тяжести на Луне (P2).

Решение. Модуль силы тяжести определяется формулой:

Если имеется в виду сила тяжести на Земле, то в качестве ускорения свободного падения используем величину $g_ <1>approx 9,8$ м/с^2 . Для вычисления силы тяжести на Луне найдем при помощи справочников ускорение свободного падения на этой планете, оно равно $g_ <1>approx 1,6$ м/с^2 .

Таким образом, для ответа на поставленный вопрос следует найти отношение:

Ответ. $frac>> approx 6,1$

Формула силы тяжести не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. Получите выражение, которое связывает широту и угол, который образуют вектор силы тяжести и вектор силы притяжения к Земле.

Решение. Угол, который образуется между направлениями силы притяжения к Земле и направлением силы тяжести можно оценить, если рассмотреть рис.1 и применить теорему синусов. На рис.1 изображены: $bar_$ – центробежная сила инерции, которая возникает за счет вращения Земли вокруг оси, $bar

$ – сила тяжести, $bar_$ – сила притяжения тела к Земле. Угол $varphi$ — широта местности на Земле.

По теореме синусов имеем:

где выражение для центробежной силы можно определить как:

$$F_=m omega^ <2>R_ cos varphi(2.2)$$

Rz – радиус Земли. При этом:

Подставим выражения (2.2) и (2.3) в (2.1), имеем:

где величину $frac R_>$ можно рассчитать, если учесть, что радиус Земли равен Rz=6400 км. Угловая скорость вращения Земли есть:

$$sin alpha=0,0035 cos varphi sin varphi=0,0018 sin (2 varphi)$$

Ответ. $sin alpha approx 0,0018 sin (2 varphi)$

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: