Сила тяжести. Вес тела - ВВЕДЕНИЕ. ФИЗИКА В ПОЗНАНИИ ВЕЩЕСТВА, ПОЛЯ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Цель: выяснить от каких параметров зависит сила тяжести.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

1. Что такое дальнодействие?

2. Сформулируйте закон всемирного тяготения?

3. В чем заключается физический смысл гравитационной постоянной?

4. Как определял Г. Кавендиш силу гравитационного притяжения шариков?

5. Почему не приближаются друг к другу предметы в комнате, несмотря на их гравитационное притяжение?

Лабораторная работа

1. Монета начала скользить из состояния покоя с вершины наклонной плоскости (точка А). Монета остановилась в точке В. Докажите, что коэффициент трения скольжения равен μ = h/L.

2. Пользуясь полученными результатами, определите коэффициент трения скольжения монеты по бумажной поверхности.

3. Сравните силы тяготения, упругости и трения по признакам, перечисленным в таблице «Силы в механике».

4. Вес тела при движении опоры или подвеса с ускорением

Пусть тело находится в кабине лифта, движущегося с ускорением а (рис. 70).

Согласно II закону Ньютона

N - сила реакции лифта

Р = -N по III закону Ньютона.

Р = m(g - а) =>

Если тело покоится, т. е. а = 0. Вес тела равен силе тяжести. Если а ≠ 0, вес тела отличается от силы тяжести.

Невесомость:

а = gP = m(g - g) = 0. Состояние невесомости. Тела не давят на опору, на них не действует сила реакции опоры.

Любое тело находится в состоянии невесомости - если на него действуют только силы тяготения.

Эксперимент. Опыт с фабричным прибором по невесомости, опыт с банкой. (В дне банки проделана дырка.

Банку наполняют водой, выпускают из рук, и наблюдают, при свободном падении вода через дырку не вытекает.)

II. Изучение нового материала

Применение теории тяготения для анализа земных явлений позволяет выяснить, под действием какой силы, по каким законам совершаются падение тел на Землю.

Сила, с которой Земля притягивает находящиеся вблизи тела, называется силой тяжести, а гравитационное поле Земли - полем тяжести.

Направлена сила тяжести вниз к центру Земли, в теле же проходит через точку, которая называется центром тяжести.

Силы в механике
	Сила тяготения	Сила упругости	Сила трения (сухого и жидкого)
Природа взаимодействия	Гравитационная	Электромагнитная	Электромагнитная
Формула для расчета силы		Fx = -kх
Графическая иллюстрация
Зависимость силы от расстояния или относительной скорости	Является функцией расстояния между взаимодействующими телами		Является функцией скорости относительного движения
Зависимость силы от массы взаимодействующих тел	Прямо пропорциональна массам взаимодействующих тел	Не зависит	Не зависит
Направление вектора силы	Вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела	Противоположно направлению перемещения частиц при деформации	Противоположно направлению вектора скорости Vот
Сохранение значения силы при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую	Сохраняет, так как расстояние Rне изменяется	Сохраняет, так как деформация х не изменяется	Сохраняет, так как модуль относительной скорости Vот не изменяется
Условия применимости формулы	Материальные точки или сферически симметричные шары	Достаточно малая величина деформации х	Формула Fтр = μN выполняется приближенно, т. к. сила сухого трения зависит от скорости. При жидком трении до определенной скорости выполняется формула Fсопр = αVот, затем Fсопр = βVот2

Модуль силы тяжести находится с помощью закона всемирного тяготения: h - высота тела над поверхностью Земли.

Ускорение свободного падения g является силовой характеристикой гравитационного поля Земли. Оно численно равно силе, с которой это поле действует на тело единичной массы (1 кг).

С помощью формулы где g₀ - ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли приблизительно 9,8 м/с², можно найти массу Земли: М_з = 6 · 10²⁴ кг.

Впервые это удалось сделать Генри Кавендишу.

Из формулы видно, что fg зависит oт:

1. радиуса. Радиус Земли из-за сплюснутости ее в разных местах имеет разное значение: на экваторе 9,780 м/с², на полюсе 9,832 м/с²;

2. широты географической (Земля вращается);

3. высоты над Землей;

4. пород Земной коры.

Вес тела

Вес - очень знакомое слово. Однако не надо смешивать два понятия «сила тяжести» и «вес тела».

Сила, с которой тело вследствие его притяжения Землей действует на опору или растягивает подвес, называется весом тела.

Природа силы тяжести и веса различна.

Вес - результат взаимодействия опоры и тела. При этом тело и опора деформируются, что приводит к появлению сил упругости, таким образом, вес тела является частным случаем силы упругости.

Перегрузки

Если лифт движется вверх, то Р = m(а + g) т. е. вес увеличивается. Это называется перегрузкой:

Тренированный человек выдерживает пятикратную перегрузку.

III. Повторение. Беседа

1. Что называют силой тяжести?

2. По какой формуле определяют модуль силы тяжести?

3. Зависит ли ускорение свободного падения от его массы?

4. Какова сила тяжести в различных точках земного шара?

5. От чего зависит ускорение свободного падения?

6. Что называют весом тела?

7. В чем различие между силой тяжести и весом тела, действующим на тело?

8. В каком случае силы тяжести и вес тела равны?

9. Как изменяется вес тела при его ускоренном движении?

10. Когда наступает невесомость? В чем она проявляется?

11. Как изменится вес космонавта при старте ракеты и при торможении приземляющегося корабля?

IV. Решение задач

1. Автомобиль массой 5 т трогается с места с ускорением 0,6 м/с². Найти силу тяга, если коэффициент сопротивления движению равен 0,04. (Ответ: F_тяги = 5 кН).

2. Определить, пользуясь графиком, как движется поезд и какова сила тяги локомотива, если известно, что масса поезда 2500 т, а коэффициент сопротивления - 0,025 (рис. 71).

(Ответ: Поезд движется равнозамедленно с ускорением 0,2 м/с²; F_тяги = 125 кН)

3. Троллейбус массой 10 т, трогаясь с места, на пути 50 м приобрел скорость 10 м/с. Найти коэффициент сопротивления, если сила тяги равна 14 кН. (Ответ: μ ≈ 0,04).

4. Автомобиль массой 3 т трогается из состояния покоя по горизонтальному пути в течение 10 с под действием силы тяги 3000 Н. Определите, с каким ускорением движется автомобиль при разгоне и какой скорости он достигает за это время? Коэффициент сопротивления движения 0,02. (Ответ: а = 0,8 м/с²; V= 8 м/с.)

5. Груз массой 50 кг равноускоренно поднимают с помощью канта вертикально вверх в течение 2 с на высоту 10 м. Определить силу натяжения каната. (Ответ: Т = 740 Н.)

Домашняя работа

П. 35.